JP3820826B2 - Semiconductor light emitting device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクをはじめとした情報処理機器の光源用としての半導体レーザをはじめとした半導体発光装置および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】
近年、DVD(デジタルビデオディスク)等の光ディスクをはじめとした情報処理機器の光源として、AlGaInP系混晶を用いた600nm帯の半導体レーザが実用化されている。書き換え型の光ディスクにおいては30mW以上の光出力が必要であり、今後の高速化、小型化を実現するためには、50mWから100mW程度の更に高光出力が要望されている。半導体レーザの高出力化はレーザ端面における結晶破壊による特性劣化で制限されており、AlGaInP系混晶を用いた半導体レーザにおいては切実な問題となっている。高出力化を実現する手段として、しきい値電流密度を低減することが有効であり、そのために実屈折率導波構造の半導体レーザの開発が求められる。
【0003】
図6は、上記の実屈折率導波構造を有するAlGaInP系赤色半導体レーザの構造図である。
【0004】
図6において、601はn型GaAs基板、602はn型AlGaInPクラッド層、603はGaInP井戸層とAlGaInP障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層、604はp型AlGaInP第一クラッド層、605はp型GaInPエッチング停止層、606はn型AlInP電流狭窄層、607はp型AlGaInP第二クラッド層となるp型AlGaInP埋込みクラッド層、608はp型GaAsコンタクト層である。また、609、610はそれぞれn側、p側電極である。ここで、n型GaAs基板601の主面は、(100)面から[011]方向に8°傾斜した基板である。次に、従来の実屈折率導波構造を有するAlGaInP系赤色半導体レーザの製造方法について説明する。図7(a)から(c)は従来の半導体レーザの製造方法を示す工程図である。図7において図6と同一部分は同一符号で示している。
【0005】
まず、図7(a)に示すようにMOVPE(有機金属気相成長)法により、n型GaAs基板601上に、n型AlGaInPクラッド層602、GaInP井戸層とAlGaInP障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層603、p型AlGaInP第一クラッド層604、p型GaInPエッチング停止層605、n型AlInP電流狭窄層606を順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を形成する。ここで、n型GaAs基板601の主面は、(100)面から[011]方向に8°傾斜した基板である。
【0006】
次に、上記積層体の上面にレジスト611を塗布しストライプ窓を形成する。さらにレジスト611をマスクとしてウエットエッチングを行い、p型GaInPエッチング停止層605に達するようにn型AlInP電流狭窄層606に3μm幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向に形成する(図7(b))。
【0007】
次に、図7(c)に示すようにMOVPE法により、ストライプ状の開口部を形成した積層体の上面全体にp型AlGaInP第二クラッド層となるp型AlGaInP埋込みクラッド層607、p型GaAsコンタクト層608を順次形成する。最後にn側及びp側に電極を形成し、リッジストライプ方向と垂直方向に積層体をへき開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、レーザチップとする。
【0008】
この従来例に示すようなn型電流狭窄層がAlInPを用いた場合、注入された電流は、n型AlInP電流狭窄層606によってストライプ開口部の活性層に集中する。n型AlInP電流狭窄層606の屈折率はクラッド層の屈折率に対して小さい。従って、図6の構造において横方向に屈折率分布が生じ、光は横方向に閉じ込められる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
このような実屈折率導波構造の半導体レーザにおいては、図8に示すように、電流の集中するストライプ開口部にp型AlGaInP埋込みクラッド層607を再度MOVPE法により結晶成長するため、p型GaInPエッチング停止層605およびn型AlInP電流狭窄層606とp型AlGaInP埋込みクラッド層607との界面に非発光再結合中心となる結晶欠陥aが発生し、しきい値電流の上昇や微分量子効率の低下や信頼性を著しく損ない重大な問題となっていた。また、段差が形成された層上への再成長にともないp型AlGaInP埋込みクラッド層607の段差部の界面に結晶欠陥bが誘発される問題も生じていた。
【0010】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたもので、しきい値電流や微分量子効率の改善による半導体レーザの製造歩留まりや信頼性を向上させることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の半導体発光装置は、主面が(100)面に対して[011]方向に12°以上17°以下傾斜したGaAs基板の当該主面上に少なくとも発光層を間に含んだダブルヘテロ構造を構成する半導体多層膜が形成された半導体発光装置であって、前記発光層の上にリッジ形状を有する第一導電型のクラッド層と、前記クラッド層の側面上及び前記クラッド層の直下の半導体層上に形成されたAlxGa1-x-yInyP(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなる電流狭窄層とを有し、前記電流狭窄層は前記クラッド層の側面上に形成された領域と前記クラッド層の直下の半導体層上に形成された領域とで組成がほぼ等しいことを特徴とする。
【0012】
前記クラッド層の直下の半導体層はGaInPよりなるのが好ましい。
【0013】
前記電流狭窄層は第二導電型であるのが好ましい。
【0014】
また、本発明の別の半導体発光装置は、主面が(100)面に対して[011]方向に12°以上17°以下傾斜したGaAs基板の当該主面上に少なくとも発光層を間に含んだダブルヘテロ構造を構成する半導体多層膜が形成された半導体発光装置であって、前記発光層の上に溝状の窓を有する第二導電型の電流狭窄層と、前記電流狭窄層の側面上及び前記電流狭窄層の直下の半導体層上に形成されたAlxGa1-x-yInyP(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなるクラッド層とを有し、前記クラッド層は前記溝状の窓の側面上に形成された領域と前記溝状の窓の底面上に形成された領域とで組成がほぼ等しいことを特徴とする。
【0015】
前記溝状の窓の直下の半導体層はGaInPよりなるのが好ましい。
【0016】
前記クラッド層は第一導電型であるのが好ましい。
【0017】
これらの構成により、主面が(100)面に対して[011]方向に12°以上17°以下傾斜した基板の上に形成された半導体発光装置において、発光層に生じる結晶欠陥を著しく抑制することができるとともにさらにリッジあるいは溝状の窓の底面部と側面部とでAlxGa1-x-yInyP(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなる電流狭窄層あるいはクラッド層を構成する元素の吸着確率がほぼ等しくなるので、リッジあるいは溝状の窓の底面部と側面部で電流狭窄層あるいはクラッド層の組成が異なるのを防止することができる。
【0019】
この構成により、さらに主面の傾斜角度が12°以上17°以下であるので、半導体膜にエッチング等の加工をした際に形状の対称性がよいものが得られる。
【0020】
本発明の半導体装置の製造方法は、(100)面に対して[011]方向に12°以上17°以下傾斜したGaAs基板の主面上に半導体多層膜を形成する工程と、前記半導体多層膜のうち少なくとも1層をリッジ形状に加工する工程と、前記リッジ形状の半導体層を覆うようにAlxGa1-x-yInyP(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなる半導体膜を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記AlxGa1-x-yInyP(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなる半導体膜は前記リッジ形状の側面上に形成された領域と前記リッジ形状の半導体層の直下の半導体層上に形成された領域とで組成がほぼ等しいことを特徴とする。
【0021】
本発明の別の半導体装置の製造方法は、(100)面に対して[011]方向に12°以上17°以下傾斜したGaAs基板の主面上に半導体多層膜を形成する工程と、前記半導体多層膜のうち少なくとも1層に溝状の窓を形成する工程と、前記溝状の窓を覆うようにAlxGa1-x-yInyP(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなる半導体膜を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法であって、前記AlxGa1-x-yInyP(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなる半導体膜は前記溝状の窓の側面上に形成された領域と前記溝状の窓の底部に形成された領域とで組成がほぼ等しいことを特徴とする。
【0022】
この構成により、半導体膜を形成する際に半導体膜を構成する元素のマイグレーションが促進されて吸着確率に変化が生じ、リッジあるいは溝状の窓の底面部と側面部で電流狭窄層あるいはクラッド層の組成が異なるのを防止することができるとともに半導体膜に生じる結晶欠陥の誘発を著しく抑制できる。
【0024】
この構成により、さらに主面の傾斜角度が12°以上17°以下であるので、半導体膜にエッチング等の加工をした際に形状の対称性がよいものが得られる。
【0025】
前記Al x Ga 1-x-y In y P(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなる半導体膜はMOCVD法によって形成されるのが好ましい。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置およびその製造方法につき、半導体装置の1つである半導体レーザを例示し、その実施の形態を図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下の実施の形態において、AlGaInPはAlxGa1-x-yInyP(xおよびyは半導体層により決まった値、0≦x≦1、0≦y≦1)を表し、AlGaAsはAlxGa1-xAs(xは半導体層により決まった値、0≦x≦1)を表すものとする。
【0027】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係わる実屈折率導波構造を有する赤色半導体レーザおよびその製造方法について説明する。
【0028】
図1および図2は本発明の第1の実施の形態に係わる半導体レーザおよびその製造工程を示す断面図である。
【0029】
図1において、101はn型GaAs基板、102はn型AlGaInPクラッド層、103はGaInP井戸層とAlGaInP障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層、104はp型AlGaInP第一クラッド層、105はp型GaInPエッチング停止層、106はp型AlGaInP第二クラッド層、107はp型GaInPバンド不連続緩和層、108はn型AlInP電流狭窄層、109はp型GaAsコンタクト層である。レーザの横モード制御を実現するために、p型AlGaInP第二クラッド層106は、リッジ形状のストライプとして形成されている。また、110、111はそれぞれn側、p側電極である。ここで、n型GaAs基板101の主面は、(100)面から[011]方向に15°傾斜した基板である。
【0030】
この構成により、主面が(100)面に対して[011]方向に15°傾斜したGaAs基板の上にn型AlGaInPクラッド層102等の半導体膜が形成されているので、半導体膜に生じる結晶欠陥を著しく抑制することができ、良好な結晶性を有する半導体膜を得ることができる。
【0031】
とりわけ、活性層103に生じる結晶欠陥を著しく抑制することができ、良好な結晶性を有する活性層103が得られ、赤色半導体レーザの特性を向上させることができる。
【0032】
また、この構成により、さらにp型GaInPエッチング停止層105の上およびp型AlGaInP第二クラッド層106の側面にn型AlInP電流狭窄層108が形成されているので、p型GaInPエッチング停止層105の上とp型AlGaInP第二クラッド層106の側面とでn型AlInP電流狭窄層108を構成する元素の吸着確率がほぼ等しくなり、p型GaInPエッチング停止層105の上とp型AlGaInP第二クラッド層106の側面とでn型AlInP電流狭窄層108の組成が異なるのを防止することができる。その結果、赤色半導体レーザの特性を向上させることができる。
【0033】
次に、本発明の第1の実施の形態に係わる半導体レーザの製造方法について説明する。まず、図2(a)に示すようにMOVPE(有機金属気相成長)法により、n型GaAs基板101上に、n型AlGaInPクラッド層102、GaInP井戸層とAlGaInP障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層103、p型AlGaInP第一クラッド層104、p型GaInPエッチング停止層105、p型AlGaInP第二クラッド層106、p型GaInPバンド不連続緩和層107を順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を作製する。
【0034】
次に、上記ダブルヘテロ構造上にSiO2膜112を堆積し、ウエットエッチングによりパターニングを行い、例えば3μm幅のストライプをレーザの共振器となる方向に300μm間隔で形成する。次に、このSiO2膜112からなるストライプをマスクとして、ウエットエッチングによりp型GaInPバンド不連続緩和層107をリッジ状に除去する。次いで、p型AlGaInP第二クラッド層106を選択的に除去できるウエットエッチング液、例えば硫酸を用いてエッチングを行い、p型AlGaInP第二クラッド層106のリッジストライプを形成すると共に、ストライプ間隔においてp型GaInPエッチング停止層105を表出させる(図2(b))。
【0035】
次に、図2(b)に示すようにMOVPE法により、ストライプ状のSiO2膜112を選択成長マスクとして用い、リッジの側面にn型AlInP電流狭窄層108を選択埋込み成長する。その後、SiO2膜112をウエットエッチングにより除去し、再度、MOVPE法によりp型GaAsコンタクト層109を積層体の上面全体に形成する。最後にn側及びp側に電極を形成し、リッジストライプ方向と垂直方向に積層体をへき開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、レーザチップとする(図2(c))。
【0036】
この構成により、n型AlGaInPクラッド層102等の半導体膜を形成する際に半導体膜を構成する元素のマイグレーションが促進されて吸着確率に変化が生じ半導体膜に生じる結晶欠陥の誘発を著しく抑制でき、半導体膜の結晶性を良好にすることができる。その結果、半導体レーザの歩留まりを向上させることができる。
【0037】
以下に、本発明における結晶欠陥抑制の詳細を示す。
【0038】
AlGaInP系混晶を用いた赤色半導体レーザは、一般に(100)面もしくは(100)面から[011]方向に数°から10°程度傾斜した基板上に作製される。ここで、p型AlGaInP第二クラッド層106は、(100)面もしくは(100)面から[011]方向に数°から10°程度傾斜した上面部、底面部と(111)面からなる側面部によって構成されるリッジストライプとなる。リッジストライプ側面にAlGaInP系混晶を形成すると、各面上での構成元素の吸着確率が異なる結果、底面部と側面部に組成の異なる混晶が形成されることとなる。従って、リッジを構成する結晶とは格子定数の異なる結晶となり歪が発生して結晶欠陥を誘発するだけでなく、底面部と側面部の境界部に成膜の連続性がなくなり結晶欠陥を誘発する。
【0039】
本発明者の鋭意研究したところによれば、傾斜角度を12°以上とすることによって各面上での構成元素のマイグレーションが促進されて吸着確率に変化が生じ上記の結晶欠陥の誘発を著しく抑制できることがわかった。特に、(100)から[011]方向に12°以上傾斜した基板を用いるとその効果は顕著である。上記構造の半導体レーザを形成した場合に、その基本特性のひとつであるしきい値電流密度に顕著に表れる。図3にしきい値電流と傾斜角度の関係を示す。この結果として、動作電流の増加や、ひいては信頼性の低下を改善することが可能となった。一方、傾斜角度が17°以上となるとリッジストライプの対称性が損なわれて、横モードの安定性に支障をきたすことがわかった。
【0040】
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態に係わる実屈折率導波構造を有する赤色半導体レーザおよびその製造方法について説明する。
【0041】
図4および図5は本発明の第2の実施の形態に係わる半導体レーザおよびその製造工程を示す断面図である。
【0042】
図4において、401はn型GaAs基板、402はn型AlGaInPクラッド層、403はGaInP井戸層とAlGaInP障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層、404はp型AlGaInP第一クラッド層、405はp型GaInPエッチング停止層、406はn型AlInP電流狭窄層、407はp型AlGaInP第二クラッド層となるp型AlGaInP埋込みクラッド層、408はp型GaAsコンタクト層である。また、409、410はそれぞれn側、p側電極である。ここで、n型GaAs基板401の主面は、(100)面から[011]方向に15°傾斜した基板である。
【0043】
この構成により、主面が(100)面に対して[011]方向に15°傾斜したGaAs基板の上にn型AlGaInPクラッド層402等の半導体膜が形成されているので、半導体膜に生じる結晶欠陥を著しく抑制することができ、良好な結晶性を有する半導体膜を得ることができる。
【0044】
とりわけ、活性層403に生じる結晶欠陥を著しく抑制することができ、良好な結晶性を有する活性層403が得られ、赤色半導体レーザの特性を向上させることができる。
【0045】
また、この構成により、さらにn型AlInP電流狭窄層406の上および側面にp型AlGaInP第二クラッド層407が形成されているので、n型AlInP電流狭窄層406の上と側面とでp型AlGaInP第二クラッド層407を構成する元素の吸着確率がほぼ等しくなり、n型AlInP電流狭窄層406の上と側面とでp型AlGaInP第二クラッド層407の組成が異なるのを防止することができる。その結果、赤色半導体レーザの特性を向上させることができる。
【0046】
次に、本発明の第2の実施の形態に係わる半導体レーザの製造方法について説明する。
【0047】
まず、図5(a)に示すようにMOVPE(有機金属気相成長)法により、n型GaAs基板401上に、n型AlGaInPクラッド層402、GaInP井戸層とAlGaInP障壁層から構成された歪量子井戸構造の活性層403、p型AlGaInP第一クラッド層404、p型GaInPエッチング停止層405、n型AlInP電流狭窄層406を順次形成し、ダブルヘテロ構造を有する積層体を形成する。ここで、n型GaAs基板401の主面は、(100)面から[011]方向に15°傾斜した基板である。
【0048】
次に、上記積層体の上面にレジスト411を塗布しストライプ窓を形成する。さらにレジスト411をマスクとしてウエットエッチングを行い、p型GaInPエッチング停止層405に達するようにn型AlInP電流狭窄層406に3μm幅のストライプ開口部をレーザの共振器となる方向に形成する(図5(b))。
【0049】
次に、図5(c)に示すようにMOVPE法により、ストライプ状の開口部を形成した積層体の上面全体にp型AlGaInP第二クラッド層となるp型AlGaInP埋込みクラッド層407、p型GaAsコンタクト層408を順次形成する。最後にn側及びp側に電極を形成し、リッジストライプ方向と垂直方向に積層体をへき開することにより、一対の共振器端面を有するレーザ共振器を形成し、レーザチップとする。
【0050】
この構成により、n型AlGaInPクラッド層402等の半導体膜を形成する際に半導体膜を構成する元素のマイグレーションが促進されて吸着確率に変化が生じ半導体膜に生じる結晶欠陥の誘発を著しく抑制でき、半導体膜の結晶性を良好にすることができる。
その結果、半導体レーザの歩留まりを向上させることができる。
【0051】
実際にいろいろな傾斜角度を有する基板上に上記構造の半導体レーザを形成した場合、図3に示すような結果になった。なお、図3において、×印は第1の実施の形態に示すレーザ構造を有する赤色レーザに関し、基板の傾斜角度を変化させたときの赤色レーザのしきい値電流の測定結果を表し、○印は第2の実施の形態に示すレーザ構造を有する赤色レーザに関し、基板の傾斜角度を変化させたときの赤色レーザのしきい値電流の測定結果を表す。この図3の結果より、傾斜角度が8°から12°にかけてしきい値電流が減少し、12°以上では飽和する傾向を見出した。また、低傾斜角度でのしきい値電流は第1の実施の形態に比べ高く、より結晶欠陥による影響が顕著であることがわかった。このことは、上記の再成長界面の結晶欠陥する非発光再結合成分が減少していることに対応する。
【0052】
ここで示す傾斜角度の最適値は、自然超格子の抑制やドーピング効率の向上が認められる傾斜角度とは異なるものである。
【0053】
上述した本発明の各実施の形態においては、AlGaInP系の半導体レーザを例に説明した。本発明は、AlGaInP系の半導体レーザの場合に絶大な効果を発揮するものの、構造および材料について限定はされない。例えば、AlGaAs/GaAs系、InGaAsP/InP系等の半導体レーザにも適用できる。
【0054】
具体的には、ここではn型電流狭窄層としてAlInPを用いたが、AlGaInPやAlGaAsなどAlを含有する場合に効果は絶大であるが、AlGaInAsやAlGaInNでも同様の効果が期待できる。
【0055】
また、ここでは埋込みクラッド層としてAlGaInPを用いたが、AlGaAs、InGaAsP等の他の材料でも同様の効果が期待できる。
【0056】
なお、上記実施の形態において、半導体レーザの代わりに電界効果トランジスタ等の電子デバイスに応用しても同様の効果が得られる。
【0057】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、段差や再成長界面での結晶欠陥を著しく低減することが可能となり半導体装置のしきい値電流や動作電流の低減や歩留まりの向上が実現し、半導体装置の信頼性が改善した。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態に係る半導体レーザの構造断面図
【図2】 本発明の第1の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程を示す断面図
【図3】 本発明の第1および第2の実施の形態に係る半導体レーザのしきい値電流と傾斜角度の関係を示す図
【図4】 本発明の第2の実施の形態に係る半導体レーザの構造断面図
【図5】 本発明の第2の実施の形態に係る半導体レーザの製造方法の各工程を示す断面図
【図6】 従来の半導体レーザの構造断面図
【図7】 従来の半導体レーザの製造方法の各工程を示す断面図
【図8】 従来の半導体レーザを形成する場合に発生する結晶欠陥の様子を示す断面図
【符号の説明】
101 n型GaAs基板
102 n型AlGaInPクラッド層
103 歪量子井戸構造の活性層
104 p型AlGaInP第一クラッド層
105 p型GaInPエッチング停止層
106 p型AlGaInP第二クラッド層
107 p型GaInPバンド不連続緩和層
108 n型AlInP電流狭窄層
109 p型GaAsコンタクト層
110 n側電極
111 p側電極
112 SiO2膜
401 n型GaAs基板
402 n型AlGaInPクラッド層
403 歪量子井戸構造の活性層
404 p型AlGaInP第一クラッド層
405 p型GaInPエッチング停止層 406 n型AlInP電流狭窄層
407 p型AlGaInP埋込みクラッド層
408 p型GaAsコンタクト層
409 n側電極
410 p側電極
411 レジスト
601 n型GaAs基板
602 n型AlGaInPクラッド層
603 歪量子井戸構造の活性層
604 p型AlGaInP第一クラッド層
605 p型GaInPエッチング停止層
606 n型AlInP電流狭窄層
607 p型AlGaInP埋込みクラッド層
608 p型GaAsコンタクト層
609 n側電極
610 p側電極
611 レジスト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor light emitting device including a semiconductor laser as a light source for information processing equipment such as an optical disk, and a method for manufacturing the semiconductor device .
[0002]
[Prior art]
In recent years, a 600 nm band semiconductor laser using an AlGaInP mixed crystal has been put to practical use as a light source for information processing equipment such as an optical disk such as a DVD (digital video disk). A rewritable optical disc requires an optical output of 30 mW or more, and in order to realize a higher speed and a smaller size in the future, a higher optical output of about 50 mW to 100 mW is desired. The increase in output of a semiconductor laser is limited by characteristic deterioration due to crystal breakdown at the laser end face, which is a serious problem in a semiconductor laser using an AlGaInP-based mixed crystal. As a means for realizing high output, it is effective to reduce the threshold current density. For this purpose, development of a semiconductor laser having an actual refractive index waveguide structure is required.
[0003]
FIG. 6 is a structural diagram of an AlGaInP red semiconductor laser having the above-described actual refractive index waveguide structure.
[0004]
In FIG. 6, 601 is an n-type GaAs substrate, 602 is an n-type AlGaInP cladding layer, 603 is an active layer having a strained quantum well structure composed of a GaInP well layer and an AlGaInP barrier layer, 604 is a p-type AlGaInP first cladding layer,
[0005]
First, as shown in FIG. 7A, a strain quantum comprising an n-type
[0006]
Next, a
[0007]
Next, as shown in FIG. 7C, by the MOVPE method, a p-type AlGaInP buried
[0008]
When the n-type current confinement layer shown in this conventional example uses AlInP, the injected current is concentrated on the active layer in the stripe opening by the n-type AlInP
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In such a semiconductor laser having a real refractive index waveguide structure, as shown in FIG. 8, a p-type GaInP buried
[0010]
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to improve the manufacturing yield and reliability of a semiconductor laser by improving the threshold current and the differential quantum efficiency.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a semiconductor light emitting device of the present invention has at least a light emitting layer on a main surface of a GaAs substrate whose main surface is inclined at 12 ° or more and 17 ° or less in the [011] direction with respect to the (100) plane. A semiconductor light emitting device in which a semiconductor multilayer film constituting a double heterostructure included therein is formed, the first conductivity type cladding layer having a ridge shape on the light emitting layer, the side surface of the cladding layer and A current confinement layer made of Al x Ga 1-xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) formed on the semiconductor layer immediately below the clad layer, The composition of the region formed on the side surface of the cladding layer and the region formed on the semiconductor layer immediately below the cladding layer are substantially equal.
[0012]
The semiconductor layer immediately below the cladding layer is preferably made of GaInP.
[0013]
The current confinement layer is preferably of the second conductivity type.
[0014]
Another semiconductor light emitting device of the present invention includes at least a light emitting layer on the main surface of a GaAs substrate whose main surface is inclined at 12 ° or more and 17 ° or less in the [011] direction with respect to the (100) plane. A semiconductor light emitting device in which a semiconductor multilayer film constituting a double heterostructure is formed, comprising a second conductivity type current confinement layer having a groove-shaped window on the light emission layer, and a side surface of the current confinement layer And a clad layer made of Al x Ga 1 -xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) formed on the semiconductor layer immediately below the current confinement layer, The composition of the region formed on the side surface of the groove-shaped window and the region formed on the bottom surface of the groove-shaped window are substantially equal.
[0015]
The semiconductor layer immediately below the groove-like window is preferably made of GaInP.
[0016]
The cladding layer is preferably of the first conductivity type.
[0017]
With these configurations, in the semiconductor light emitting device formed on the substrate whose main surface is inclined at 12 ° or more and 17 ° or less in the [011] direction with respect to the (100) plane, crystal defects generated in the light emitting layer are remarkably suppressed. In addition, a current confinement layer or a clad layer made of Al x Ga 1 -xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is formed between the bottom and side portions of the ridge or groove-like window. Since the adsorption probability of the constituent elements becomes substantially equal, it is possible to prevent the composition of the current confinement layer or the clad layer from being different between the bottom surface portion and the side surface portion of the ridge or groove-like window.
[0019]
According to this configuration, since the inclination angle of the main surface is 12 ° or more and 17 ° or less, a semiconductor film having good shape symmetry when processed such as etching is obtained.
[0020]
The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a semiconductor multilayer film on a main surface of a GaAs substrate inclined at 12 ° or more and 17 ° or less in the [011] direction with respect to the (100) plane; And a semiconductor film made of Al x Ga 1-xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) so as to cover the ridge-shaped semiconductor layer. A semiconductor film made of Al x Ga 1 -xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is formed on the side surface of the ridge shape. The composition is substantially the same in the region formed above and the region formed on the semiconductor layer immediately below the ridge-shaped semiconductor layer.
[0021]
Another method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a semiconductor multilayer film on a main surface of a GaAs substrate inclined at 12 ° or more and 17 ° or less in the [011] direction with respect to the (100) plane; A step of forming a groove-like window in at least one layer of the multilayer film, and Al x Ga 1-xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) so as to cover the groove-like window Forming a semiconductor film, wherein the semiconductor film made of Al x Ga 1 -xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is formed in the groove. The region formed on the side surface of the window and the region formed at the bottom of the groove-like window are substantially equal in composition.
[0022]
With this configuration, migration of elements constituting the semiconductor film is promoted when the semiconductor film is formed , resulting in a change in the probability of adsorption , and the current confinement layer or the cladding layer is changed between the bottom and side surfaces of the ridge or groove-like window. It is possible to prevent the composition from being different and to significantly suppress the induction of crystal defects that occur in the semiconductor film.
[0024]
According to this configuration, since the inclination angle of the main surface is 12 ° or more and 17 ° or less, a semiconductor film having good shape symmetry when processed such as etching is obtained.
[0025]
The semiconductor film made of Al x Ga 1 -xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is preferably formed by MOCVD.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a semiconductor laser which is one of the semiconductor devices will be illustrated as an example of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention, and embodiments thereof will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, AlGaInP represents Al x Ga 1 -xy In y P (x and y are values determined by the semiconductor layer, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), and AlGaAs is Al x Ga 1-x As (x is a value determined by the semiconductor layer, 0 ≦ x ≦ 1).
[0027]
(First embodiment)
A red semiconductor laser having an actual refractive index waveguide structure according to the first embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described.
[0028]
1 and 2 are cross-sectional views showing a semiconductor laser and its manufacturing process according to the first embodiment of the present invention.
[0029]
In FIG. 1, 101 is an n-type GaAs substrate, 102 is an n-type AlGaInP cladding layer, 103 is a strained quantum well structure active layer composed of a GaInP well layer and an AlGaInP barrier layer, 104 is a p-type AlGaInP first cladding layer, 105 is a p-type GaInP etching stop layer, 106 is a p-type AlGaInP second cladding layer, 107 is a p-type GaInP band discontinuous relaxation layer, 108 is an n-type AlInP current confinement layer, and 109 is a p-type GaAs contact layer. In order to realize the transverse mode control of the laser, the p-type AlGaInP
[0030]
With this configuration, since the semiconductor film such as the n-type
[0031]
In particular, crystal defects generated in the
[0032]
Further, with this configuration, since the n-type AlInP
[0033]
Next, a method for manufacturing the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 2A, a strain quantum comprising an n-type
[0034]
Next, an SiO 2 film 112 is deposited on the double heterostructure and patterned by wet etching to form, for example, stripes having a width of 3 μm at intervals of 300 μm in the direction of the laser resonator. Next, the p-type GaInP band
[0035]
Next, as shown in FIG. 2B, the n-type AlInP
[0036]
With this configuration, when a semiconductor film such as the n-type
[0037]
Below, the detail of the crystal defect suppression in this invention is shown.
[0038]
A red semiconductor laser using an AlGaInP-based mixed crystal is generally manufactured on a (100) plane or a substrate tilted by several degrees to 10 degrees in the [011] direction from the (100) plane. Here, the p-type AlGaInP second clad
[0039]
According to the inventor's earnest research, by making the
[0040]
(Second Embodiment)
Next, a red semiconductor laser having an actual refractive index waveguide structure according to the second embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described.
[0041]
4 and 5 are sectional views showing a semiconductor laser and its manufacturing process according to the second embodiment of the present invention.
[0042]
4, 401 is an n-type GaAs substrate, 402 is an n-type AlGaInP cladding layer, 403 is an active layer having a strained quantum well structure composed of a GaInP well layer and an AlGaInP barrier layer, 404 is a p-type AlGaInP first cladding layer,
[0043]
With this configuration, the semiconductor film such as the n-type
[0044]
In particular, crystal defects generated in the
[0045]
Also, with this configuration, the p-type AlGaInP
[0046]
Next, a method for manufacturing a semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention will be described.
[0047]
First, as shown in FIG. 5A, a strain quantum comprising an n-type
[0048]
Next, a resist 411 is applied to the upper surface of the laminate to form a stripe window. Further, wet etching is performed using the resist 411 as a mask, and a stripe opening having a width of 3 μm is formed in the n-type AlInP
[0049]
Next, as shown in FIG. 5C, a p-type AlGaInP buried clad
[0050]
With this configuration, when a semiconductor film such as the n-type
As a result, the yield of the semiconductor laser can be improved.
[0051]
When the semiconductor laser having the above structure was actually formed on a substrate having various tilt angles, the results shown in FIG. 3 were obtained. In FIG. 3, the x mark represents the measurement result of the threshold current of the red laser when the tilt angle of the substrate is changed with respect to the red laser having the laser structure shown in the first embodiment. Represents the measurement result of the threshold current of the red laser when the tilt angle of the substrate is changed with respect to the red laser having the laser structure shown in the second embodiment. From the results shown in FIG. 3, it was found that the threshold current decreased when the inclination angle was 8 ° to 12 °, and saturated when the angle was 12 ° or more. Further, the threshold current at a low tilt angle is higher than that in the first embodiment, and it has been found that the influence of crystal defects is more remarkable. This corresponds to a decrease in the non-radiative recombination component having crystal defects at the regrowth interface.
[0052]
The optimum value of the tilt angle shown here is different from the tilt angle at which the suppression of the natural superlattice and the improvement of the doping efficiency are recognized.
[0053]
In each of the embodiments of the present invention described above, an AlGaInP-based semiconductor laser has been described as an example. Although the present invention exhibits a great effect in the case of an AlGaInP-based semiconductor laser, the structure and material are not limited. For example, the present invention can be applied to semiconductor lasers such as AlGaAs / GaAs and InGaAsP / InP.
[0054]
Specifically, although AlInP is used here as the n-type current confinement layer, the effect is enormous when Al, such as AlGaInP or AlGaAs, is included, but the same effect can be expected with AlGaInAs or AlGaInN.
[0055]
Here, AlGaInP is used as the buried cladding layer, but the same effect can be expected with other materials such as AlGaAs and InGaAsP.
[0056]
In the above embodiment, the same effect can be obtained when applied to an electronic device such as a field effect transistor instead of the semiconductor laser.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, crystal defects at the step and the regrowth interface can be remarkably reduced, and the threshold current and operating current of the semiconductor device can be reduced and the yield can be improved. The reliability of the equipment has been improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a structure of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating each process of a manufacturing method of a semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention. 3 is a diagram showing the relationship between the threshold current and the tilt angle of the semiconductor laser according to the first and second embodiments of the present invention. FIG. 4 shows the structure of the semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention. Cross-sectional view [FIG. 5] Cross-sectional view showing each step of the semiconductor laser manufacturing method according to the second embodiment of the present invention. [FIG. 6] Structural cross-sectional view of a conventional semiconductor laser. [FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing each step of the manufacturing method. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the state of crystal defects generated when a conventional semiconductor laser is formed.
101 n-type GaAs substrate 102 n-type
Claims (11)
前記発光層の上にリッジ形状を有する第一導電型のクラッド層と、
前記クラッド層の側面上及び前記クラッド層の直下の半導体層上に形成されたAlxGa1-x-yInyP(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなる電流狭窄層とを有し、
前記電流狭窄層は前記クラッド層の側面上に形成された領域と前記クラッド層の直下の半導体層上に形成された領域とで組成がほぼ等しいことを特徴とする半導体発光装置。A semiconductor multilayer film constituting a double heterostructure including at least a light emitting layer is formed on the main surface of the GaAs substrate whose main surface is inclined at 12 ° or more and 17 ° or less in the [011] direction with respect to the (100) plane. A semiconductor light emitting device,
A cladding layer of a first conductivity type having a ridge shape on the light emitting layer;
A current confinement layer made of Al x Ga 1 -xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) formed on the side surface of the cladding layer and on the semiconductor layer immediately below the cladding layer; And
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the current confinement layer has substantially the same composition in a region formed on the side surface of the cladding layer and a region formed on the semiconductor layer immediately below the cladding layer.
前記発光層の上に溝状の窓を有する第二導電型の電流狭窄層と、
前記溝状の窓の側面上及び前記溝状の窓の底面上に形成されたAlxGa1-x-yInyP(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなるクラッド層とを有し、
前記クラッド層は前記溝状の窓の側面上に形成された領域と前記溝状の窓の底面上に形成された領域とで組成がほぼ等しいことを特徴とする半導体発光装置。A semiconductor multilayer film constituting a double heterostructure including at least a light emitting layer is formed on the main surface of the GaAs substrate whose main surface is inclined at 12 ° or more and 17 ° or less in the [011] direction with respect to the (100) plane. A semiconductor light emitting device,
A current confinement layer of a second conductivity type having a groove-shaped window on the light emitting layer;
And a clad layer made of Al x Ga 1 -xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) formed on the side surface of the groove-shaped window and on the bottom surface of the groove-shaped window. And
2. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the cladding layer has substantially the same composition in a region formed on a side surface of the groove-shaped window and a region formed on a bottom surface of the groove-shaped window.
前記AlxGa1-x-yInyP(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなる半導体膜は前記リッジ形状の側面上に形成された領域と前記リッジ形状の半導体層の直下の半導体層上に形成された領域とで組成がほぼ等しいことを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a semiconductor multilayer film on the main surface of the GaAs substrate inclined at 12 ° or more and 17 ° or less in the [011] direction with respect to the (100) plane, and processing at least one of the semiconductor multilayer films into a ridge shape And a step of forming a semiconductor film made of Al x Ga 1-xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) so as to cover the ridge-shaped semiconductor layer. A manufacturing method of
The semiconductor film made of Al x Ga 1 -xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is a semiconductor formed immediately on the region formed on the side surface of the ridge shape and the semiconductor layer of the ridge shape. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the composition is substantially equal to a region formed on a layer.
前記AlxGa1-x-yInyP(0≦x≦1、0≦y≦1)よりなる半導体膜は前記溝状の窓の側面上に形成された領域と前記溝状の窓の底部に形成された領域とで組成がほぼ等しいことを特徴とする半導体装置の製造方法。Forming a semiconductor multilayer film on the main surface of the GaAs substrate inclined at 12 ° or more and 17 ° or less in the [011] direction with respect to the (100) plane, and a groove-shaped window in at least one of the semiconductor multilayer films And a step of forming a semiconductor film made of Al x Ga 1 -xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) so as to cover the groove-shaped window. A device manufacturing method comprising:
The semiconductor film made of Al x Ga 1 -xy In y P (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) is formed in a region formed on the side surface of the groove-shaped window and the bottom of the groove-shaped window. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the composition of the formed region is substantially equal.
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