CN101267009A - 半导体光元件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体光元件的制造方法,目的在于提供一种工作时的元件电阻值与设计值一致的半导体光元件。具有如下步骤:形成掺杂有杂质的作为第一导电型的BDR(Band Discontinuity reduction)层的BDR层形成步骤;接触层形成步骤,在生长BDR层后,与BDR层接触地形成第一导电型的接触层,该接触层用于形成电极并掺杂有与所述杂质相同的杂质;用于在接触层形成步骤后进行热处理的热处理步骤。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光元件的制造方法,特别涉及对工作时的元件电阻值与设计值一致的半导体光元件进行制造的方法。
背景技术
半导体激光器被广泛应用于光盘驱动器、扫描仪或复印机等中。作为这样的半导体激光器,提出了在特开平11-307810号公报中记述的半导体激光器。该半导体激光器的特征为以下两点。第一点是:在接触层和覆盖层之间引入具有二者的中间的带隙的中间带隙层(以下称为BDR(Band Discontinuity Reduction)层),谋求利用能带不连续缓和所导致的元件电阻下降。第二点是:向接触层掺杂C,降低接触层与电极之间的接触电阻。
专利文献1特开2005-85848号公报
专利文献2特开平10-308551号公报
专利文献3特开2001-144322号公报
专利文献4特开平11-307810号公报
在所述现有的半导体激光器中,掺杂在BDR层中的杂质向接触层进行热扩散。该热扩散是由接触层的生长时及生长后的热处理引起的。由于由热扩散所导致的BDR层的杂质密度下降,半导体光元件工作时的元件电阻值上升。其结果是,存在工作时的元件电阻与设计值不一致的问题。
发明内容
本发明是为了解决所述的课题而进行的,其目的在于提供一种通过抑制从BDR层针对接触层的杂质扩散而使工作时的元件电阻值与设计值一致的半导体光元件。
本发明的特征在于,具有如下步骤:用于形成掺杂有杂质的第一导电型的BDR(Band Discontinuity Reduction)层的BDR层形成步骤;接触层形成步骤,在所述BDR层生长后,与所述BDR层接触地形成第一导电型的接触层,该接触层用于形成电极并掺杂有与所述杂质相同的杂质;热处理步骤,用于在所述接触层形成步骤后进行热处理。
利用本发明能够使工作时的元件电阻与设计值一致。
附图说明
图1是用于说明关于本发明的实施方式1的半导体光元件的外观的图。
图2是用于说明本发明的实施方式1的半导体光元件以775-785nm左右的波长进行振荡并将Zn用作p型掺杂剂的情况的图。
图3是用于说明本发明的实施方式1的半导体光元件的制造方法的一部分的图。
图4是用于说明与本发明的实施方式1的比较例的图。
图5是用于说明本发明的实施方式1的半导体光元件以775-785nm左右的波长进行振荡并将Mg用作p型掺杂剂的情况的图。
图6是用于说明本发明的实施方式1的半导体光元件以775-785nm左右的波长进行振荡并将Be用作p型掺杂剂的情况的图。
图7是表示脊形波导激光器的外观的图。
图8是表示具有电流狭窄结构的嵌入型激光器的外观的图。
图9是用于说明本发明的实施方式1的半导体光元件以1250-1580nm左右的波长进行振荡并将Be用作p型掺杂剂的情况的图。
图10是用于说明本发明的实施方式1的半导体光元件以1250-1580nm左右的波长进行振荡并将Zn用作p型掺杂剂的情况的图。
图11是用于说明本发明的实施方式1的半导体光元件以1250-1580nm左右的波长进行振荡并将Mg用作p型掺杂剂的情况的图。
具体实施方式
实施方式1
图1是用于说明本实施方式的半导体激光器的结构的图。赋予图1各层的标号与图2所示的图表的左端的标号一致。在图2中,记载有各层的名称、材料、掺杂剂、载流子浓度、厚度的信息。下面对各层进行说明。
首先,在GaAs衬底1上形成缓冲层2,该缓冲层2由掺杂有作为n型掺杂剂的Si的Si-GaAs构成。其次,同样地形成由掺杂有Si的Si-InGaP构成的覆盖层3。接下来同样地形成由掺杂有Si的Si-AlGaAs构成的覆盖层4。此处,缓冲层是为了提高衬底上的元件的结晶性而形成的。覆盖层主要起到提高引导层与量子阱层的载流子的密度、和活性层的光的关闭的功能。此外,用作掺杂剂的Si即使是Te、Se等,本发明的效果也不改变。其次,形成由未对掺杂剂进行掺杂的AlGaAs构成的引导层5。接下来,同样地形成由未对掺杂剂进行掺杂的AlGaAs构成的阱层6。接下来同样地堆积由未对掺杂剂进行掺杂的AlGaAs构成的引导层7。此处,阱层是利用载流子复合来发光的层。此外,引导层主要是用于将所述的光关闭在活性层内的层。
接下来,形成覆盖层8,该覆盖层8由掺杂有作为p掺杂型剂的Zn的p型导电型的Zn-AlGaAs构成。接下来,同样地形成由掺杂有Zn的Zn-InGaP构成的覆盖层9。之后,同样地形成由掺杂有Zn的Zn-AlGaInP构成的覆盖层10。其次,同样地堆积由掺杂有Zn的Zn-InGaP构成的BDR层11。之后,形成由同时掺杂有C和Zn的p型导电型的C-Zn-GaAs构成的接触层12。掺杂在接触层12中的C有助于在接触层上形成良好的欧姆电极。此外,掺杂在接触层12中的Zn主要起到防止来自BDR层11的Zn的扩散的作用。
图3是用于说明在实际制造步骤中制造本实施方式的半导体激光器的流程的一部分的图。使用MOCVD(Metalorganic Chemical VaporDeposition:金属有机化学气相沉积)法从缓冲层2依次堆积各层。作为用于形成各层的原材料,可以使用三甲基铟(TMI)、三甲基镓(TMG)、三甲基铝(TMA)、磷化氢(PH3)、砷化氢(AsH3)、硅烷(SiH4)、二甲基锌(DMZn)、二乙基锌(DEZn)等。将这些材料与氢气混合后,利用质量流量控制器(MFC)等对流量进行控制并进行生长,由此,可以得到从缓冲层2到p-BDR层11的各层(步骤100)。在步骤100中所示的各层的结晶生长时,对元件加热。然后,形成p-接触层12(步骤102)。在步骤102中,对元件加热。接触层12也基本上以所述的方法形成,但是,同时掺杂C和Zn作为掺杂剂。Zn向P-接触层12的掺杂是通过供给二甲基锌(DMZn)或二乙基锌(DEZn)来进行的。另一方面,C的掺杂是通过将生长温度设定在540℃左右、并将V/III(AsH3相对TMG的流量比)设为1左右来进行。这是利用从原来包含在TMG中的甲基游离的C进入GaAs层的方法。像这样的C的掺杂的方法是公知技术,在不需要引入特别的材料这点上是优良的。(以后,将这种掺杂方法称为Intrinsic(固有)掺杂剂引入法。与其相对,如本实施方式的Zn掺杂那样,积极地添加掺杂剂材料的掺杂的方法称为Intentionally(有意)掺杂剂引入法。)
其次,在步骤104中进行热处理。步骤104的热处理的热量是在p-接触层的生长后从MOCVD装置取出GaAs衬底之后的器件制作中对元件所加的热量。
本实施方式的结构如上所述。本发明的特征在于除了C以外还向p-接触层掺杂Zn这一点。为了说明其意义,对未向p-接触层掺杂Zn的具有图4的结构的半导体激光器(以下称为比较例)进行说明。比较例的结构与图2所示的本发明的结构不同点仅是在p-接触层中除了C以外没有Zn这一点。因此,对于比较例来说,除了p-接触层形成步骤的气体流量比之外,利用与使用图3所说明的制造步骤相同的步骤进行制造。即,在比较例中,也存在在图3的步骤102中对元件施加的热量及由于步骤104的热处理对元件施加的热量(以下将所述的2种热量称为步骤起因热量)的情况。在比较例中,存在作为p-BDR层的掺杂剂的Zn由于该步骤起因热量而向p-接触层扩散的情况。由此,存在如下问题:p-BDR层中的掺杂剂密度下降,元件电阻与设计时预想的值(以下称设计值)相比较增大。
图2所示的本实施方式的半导体激光器能够防止掺杂在p-BDR层中的掺杂剂由于步骤起因热量而导致的扩散。该防止扩散是利用与C一起掺杂到p-接触层的作为掺杂剂(以下称为扩散抑制掺杂剂)的Zn引起的效果。即,步骤起因热量导致的掺杂到p-BDR层中的Zn向p-接触层的扩散被作为扩散抑制掺杂剂的Zn抑制。为了得到这样的效果,扩散控制掺杂剂需要与掺杂到p-BDR层中的掺杂剂相同。所以,在本实施方式中,作为扩散抑制掺杂剂,掺杂Zn。
根据图2所示的本实施方式的结构,可利用扩散抑制掺杂剂的效果抑制p-BDR层的掺杂剂的扩散。由此,可以防止由p-BDR层的掺杂剂密度下降所导致的元件电阻增大。即,可以使元件电阻与设计值一致。
而且,p-接触层的载流子浓度仅是C的贡献,优选为20.0~40.0(E18/cm3)。更优选的是,扩散抑制掺杂剂的量可以是与p-BDR层的掺杂剂量相等的量。但是,若扩散抑制掺杂剂存在于接触层中,则能够与扩散抑制掺杂剂的量或扩散抑制掺杂剂的分布无关地得到本发明的效果。
在本实施方式中,p-覆盖层8、p-覆盖层9、p-覆盖层10、p-BDR层11的掺杂剂、p-接触层12的扩散抑制掺杂剂为Zn,但是,本发明并不限于此。即,不是所述的Zn,如图5、图6所示,利用Mg或Be作为p型掺杂剂也可以得到本发明的效果。在此种情况下,Mg和Be分别利用二茂镁(Cp2Mg)、二茂铍(Cp2Be)进行掺杂。此处,在Mg或Be的情况下,载流子浓度也仅是C的贡献,优选是20.0~40.0(E18/cm3)。更优选的是,扩散抑制掺杂剂的量是与p-BDR层的掺杂剂量相等的量。若扩散抑制掺杂剂存在于接触层中,能够与扩散抑制掺杂剂的量或扩散抑制掺杂剂的分布无关地得到本发明的效果。
在本实施方式中,作成具有一层阱层的单一量子阱结构,但是,本发明不限于此。即,即使是由多个阱层构成的多重量子阱结构,也可以得到本发明的效果。
本实施方式的引导层5、7和阱层6为AlGaAs,但是,本发明不限于此。即,由引导层/阱层/引导层构成的量子阱结构的激光器的振荡波长若是775nm~785nm,则无论何种材料的组合都能够得到本发明的效果。
在本实施方式中,覆盖层3的材料为InGaP,但是,本发明不限于此。即,覆盖层3的材料即使是AlGaInP,也可以得到本发明的效果。
在本实施方式中,作为向接触层13掺杂C的方法,使用了所述的Intrinsic(固有)掺杂剂引入法,但本发明不限于此。即,即使向接触层13供给四氯化碳(CCl4)、四氯化溴(CBr4)等来掺杂(Intentionally(有意)掺杂剂导入法)C也可以得到本发明的效果。
图7是典型的脊形波导激光器,具有p-BDR层50与p-接触层52。本发明使用于这样的半导体激光器中也可以得到该效果。此外,图8是具有典型的电流狭窄结构的嵌入型激光器,具有p-BDR层54与p-接触层56。本发明使用于这样的半导体激光器也可以得到该效果。
本实施方式示出了半导体激光器的例子,但本发明不限于此。即,即使是LED(Light-Emitting Diode)等的半导体光元件,扩散抑制掺杂剂抑制掺杂到BDR层中的掺杂剂的扩散的效果也是相同的,因此,可以得到本发明的效果。
在本实施方式中,作为半导体激光器,如图2所示,记载了振荡波长为775~785nm左右的激光器,但是,本实施方式不限于此。即,如图9、10、11所示的振荡波长是1250~1580nm左右的半导体激光器,扩散抑制掺杂剂的效果也不改变,所以,可以得到本发明的效果。而且,在图9、10、11的半导体激光器中,列举了InGaAsP作为材料,但也可以是AlGaInAs。此外,n型掺杂剂即使是S以外的材料,本发明的效果也不改变。
Claims (5)
1.一种半导体光元件的制造方法,具有如下步骤:
BDR层形成步骤,用于形成掺杂有第一杂质的第一导电型的BDR层;
接触层形成步骤,在生长所述BDR层后,与所述BDR层接触地形成第一导电型的接触层,该接触层用于形成电极并掺杂有所述第一杂质和第二杂质;
热处理步骤,用于在所述接触层形成步骤后进行热处理。
2.如权利要求1的半导体光元件的制造方法,其特征在于,
所述第一导电型是p型;
所述第一杂质是Mg、Be、Zn中的任意一种杂质;
所述接触层是GaAs;
所述BDR层是InGaP。
3.如权利要求1的半导体光元件的制造方法,其特征在于,
所述第一导电型是p型;
所述第一杂质是Mg、Be、Zn中的任意一种杂质;
所述接触层是InGaAs;
所述BDR层是InGaAsP。
4.如权利要求1到3的任意一项的半导体光元件的制造方法,其特征在于,
所述第二杂质是C。
5.如权利要求4的半导体光元件的制造方法,其特征在于,
作为所述第二杂质的C是利用固有掺杂剂引入法进行掺杂的。
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