CN1119795A - 半导体器件及半导体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及抑制Zn从掺Zn的P型III-V族化合物半导体层向与其邻接的有源层中扩散的半导体器件及半导体激光器。为抑制Zn从与有源层相邻接的掺Zn的覆盖层向有源层扩散而在掺Zn覆盖层再添加Fe或过渡金属元素。

Description

半导体器件及半导体激光器

本发明涉及抑制Zn从掺Zn的p型III—V族化合物半导体层向与该半导体层邻接的有源层中扩散的半导体器件及半导体激光器。

参照图5，说明常规的长波长激光器的构造及制造方法。首先，如图5所示，通过MOCVD法在p型InP基片1上依次生长p型InP覆盖层2。非掺杂的InGaAsP有源层3，以及n型InP覆盖层4，形成DH结构。

其次，如图5(b)所示，在n型InP覆盖层4上形成氧化硅(是指含SiO₂的氧化硅，下同)膜5等的绝缘膜，以氧化硅膜5作蚀刻掩模进行脊形腐蚀之后，再以氧化硅膜5作选择生长的掩蔽，由MOCVD法依次选择生长p型InP层6、n型InP层7及p型InP层8，从而形成阻挡层。

再次，如图5(C)所示，除去氧化硅膜5，在n型InP覆盖层4及p型InP层8上，通过MOCVD法生长n型InP接触层9，然后分别在p型InP基片l和n型InP接触层9上形成p侧电极10及n侧电极11。

在制造如上所述的半导体激光器时，使用Zn作为p型掺杂剂，S作n型掺杂剂。因此，在生成非掺杂的InGaAsP有源层3之后进行的结晶生长所致的热处理工艺中，掺入p型InP覆盖层2的Zn将扩散到非掺杂的InGaAsP有源层中。尤其是，p型InP覆盖层2中的Zn浓度越高，Zn向非掺杂的InGaAsP有源层3中扩散得越显著。在InGaAsP系半导体中若混入Zn，则使半导体结晶的光学特性变坏，因此，Zn向有源层的扩散成为激光器特性低下的原因。

本发明之目的在于：抑制Zn向有源层扩散，防止光学特性变坏。

本发明的半导体器件在设有与有源层邻接的p型III—V族化合物半导体层的半导体器件中，向p型III—V族化合物半导体层中添加Zn及Fe。

另外，本发明的半导体器件在设有与有源层邻接的p型III—V族化合物半导体层的半导体器件中，向p型III—V族化合物半导体层中添加Zn及过渡金属元素。

再有，本发明的半导体器件具有添加了Fe的化合物半导体层、形成在该化合物半导体层上且添加了Zn及由该化合物半导体层扩散来的Fe的p型III—V族化合物半导体层，以及在该半导体层上形成的有源层。

此外，本发明的半导体激光器具有添加了Fe的化合物半导体层、形成在该半导体层上且添加了Zn及由上述半导体层扩散来的Fe的p型III—V族化合物半导体覆盖层、在该覆盖层上形成的有源层，以及在该有源层上形成的n型III—V族化合物半导体覆盖层。

另外，本发明的半导体激光器具有添加了Zn与Fe的III—V族化合物半导体覆盖层、一例表面与该覆盖层邻接所形成的有源层，以及与该有源层另一侧表面邻接所形成的n型III—V族化合物半导体覆盖层。

还有，本发明的半导体激光器具有添加了Zn与过渡金属元素的p型III—V族化合物半导体覆盖层、一侧表面与该覆盖层邻接所形成的有源层，以及与该有源层另一例表面邻接所形成的n型III—V族化合物半导体覆盖层。

再有，本发明的半导体激光器具有Fe—InP化合物半导体层、形成在该半导体层上且添加了Zn和由上述半导体层扩散来的Fe的p型InP覆盖层、在该覆盖层上形成的InGaAsP有源层，以及在该有源层上形成的n型InP覆盖层。

本发明的半导体激光器还具有添加了Zn与Fe的p型InP覆盖层、一侧表面与该覆盖层邻接而形成的InGaAsP有源层，以及与该有源层另一侧表面邻接而形成的n型InP覆盖层。

另外，本发明的半导体激光器具有添加了Zn与过渡金属元素的p型InP覆盖层、一侧表面与该覆盖层邻接而形成的InGaAsP有源层，以及与该有源层另一侧表面邻接而形成的n型InP覆盖层。

在本发明的半导体器件中，因在添加了Zn的p型III—V族化合物半导体层中还存在Fe或过渡金属元素，从而抑制了Zn向与上述化合物半导体层邻接的有源层扩散。

此外，在本发明的半导体激光器中，因在添加了Zn的p型III—V族化合物半导体覆盖层中存在Fe或过渡金属元素，从而能抑制Zn向与上述覆盖层邻接的有源层扩散。

再者，在依本发明的半导体激光器中，因在添加了Zn的p型InP覆盖层中存在Fe或过渡金属，从而能抑制Zn向与上述覆盖层邻接的InGaAsP有源层扩散。

下面，将结合附图描述本发明。

图1是表示本发明一实施例的长波长激光器的制造方法及其所对应的工艺步骤的剖面图。

图2是表示分别对本发明一实施例的长波长激光器以及常规的长波长激光器采用二次离子质谱分析法所测得的掺杂纵深分布图。

图3是表示本发明另一实施例的长波长激光器的剖面图。

图4是表示本发明又一实施例的长波长激光器的剖面图。

图5是表示常规的半导体激光器及其所对应的制造方法的工艺步骤的剖面图。实施例1

图1是表示本发明一实施例的长波长半导体激光器的结构及其制造方法的工艺步骤的剖面图。

首先，如图1(a)所示，通过MOCVD法在Fe—InP基片21上生长p型InP覆盖层22，使Fe—InP基片21中的Fe向p型InP覆盖层22中扩散。此时的生长条件用常规MOCVD法生长InP时用的生长条件即可。接着，在p型InP覆盖层22上依次生长非掺杂的InGaAsP有源层23以及n型InP覆盖层24，形成DH结构。再有，非掺杂的InGaAsP有源层23为量子阱结构即可。

其次，如图1(b)所示，在n型InP覆盖层24上形成由氧化硅膜25等形成的绝缘膜，以该氧化硅膜25作为蚀刻掩模进行脊形蚀刻。接着，以氧化硅膜25作选择生长的掩蔽，通过MOCVD法依次选择生长p型InP层26、n型InP层27、p型InP层28，以形成阻挡层。

接着，如图1(c)所示，除去图1(b)中的氧化硅膜25，用MOCVD法在n型InP覆盖层24及p型InP层28上形成n型InP接触层29。

然后，如图1(d)所示，在n型InP接触层29上形成氧化硅膜30等形成的绝缘膜，以此氧化硅膜作为蚀刻掩模，通过蚀刻除去n型InP接触层29、p型InP层28、n型InP层27及p型InP层26的一部分，露出p型InP覆盖层22的一部分。

再后，如图1(e)所示，在p型InP覆盖层22及n型InP接触层29上分别形成p侧电极31以及n侧电极32。

经以上各步制造如图1(e)所示结构的长波长半导体激光器，在此，使用Zn作为p型掺杂剂，而使用S作为n型掺杂剂。在本实施例中，在p型InP覆盖层22中，同时存在着占据III族位置成为受主的Zn和占据III族位置、形成深能级成为电子陷阱的Fe。因此，能抑制p型InP覆盖层22中的Zn向邻接的非掺杂的InGaAsP有源层23的扩散。

图2是表示采用二次离子质谱分析法测定的掺杂纵深分布图。图2(a)是表示本发明实施例1的结构的半导体激光器的掺杂纵深分布图，从此可知，Fe的存在可抑制Zn向有源层的扩散。与此相对应，图2(b)是表示常规的半导体激光器的有源层附近的掺杂纵深分布图，显示出p型覆盖层中的Zn以高浓度扩散到整个有源层。另外，在图2中，横轴是自n型覆盖层起算的深度，纵轴表示Zn或Fe的浓度。

这样，就常规半导体激光器而言，Zn从掺Zn的p型覆盖层以高浓度扩散到整个有源层，但在实施例1的Fe—InP基片21上生长了掺Zn的p型覆盖层22的激光器中，因Fe已从Fe—InP基片扩散到p型覆盖层中，此Fe的存在抑制了Zn向非掺杂的In-GaAsP有源层23的扩散。实施例2

图3是表示本发明另一实施例的长波长激光器的剖面图。通过MOCVD法在p型InP基片41上生长p型InP覆盖层42，此时在p型InP覆盖层42中已同时掺入了Zn和Fe。采用例如二乙基锌(DEZn)与二茂(络)铁(Fe(C₅H₅)₂)作为掺杂气体。接着与常规器件相同，形成非掺杂InGaAsP有源层43、n型InP覆盖层44、p型InP46、n型InP层47、p型InP层48、n型InP接触层49，最后分别在p型InP基片41和n型InP接触层49上形成p侧电极50以及n侧电极51。在本实施例中，由于p型InP覆盖层中存在着Zn与Fe，从而抑制了Zn向非掺杂的InGaAsP有源层扩散。

另外，在用n型InP基片代替p型InP基片41的长波长激光器中，由于在p型InP覆盖层42中掺有Zn与Fe，可得到同样的效果。实施例3

图4是表示依本发明的又一实施例的长波长激光器的剖面图。通过MOCVD法在n型InP基片61上生长Fe—InP层62，接着在Fe—InP层62上生长p型InP覆盖层22，使Fe—InP层62中的Fe扩散到p型InP覆盖层22中。之后，生长非掺杂的InGaAsP有源层23。其余的步骤与图1所示的实施例1相同，图4中与图1相同的符号表示与图1相同或相当的部分。在本实施例中，因Fe—InP层62中的Fe扩散使p型InP覆盖层22中同时存在Fe和Zn，从而抑制了p型InP覆盖层22中的Zn向邻接的非掺杂的InGaAsP有源层23中的扩散。实施例4

实施例2说明了将Zn与Fe同时掺杂到p型InP覆盖层42中，以抑制Zn向非掺杂的InGaAsP有源层43中的扩散的情况，通过把与Fe一样在InP中占据III族位置而形成深能级的V、Cr、Mn、Co、Ni中的任一种或二种以上的过渡金属元素与Zn同时掺到p型InP覆盖层42中，也能抑制Zn向邻接的非掺杂的InGaAsP有源层43的扩散。实施例5

以上说明的是长波长激光器，但不限于长波长激光器，在短波长激光器、可见光激光器中，通过使掺Zn的p型覆盖层中含有Fe或过渡金属元素，也能抑制Zn从p型覆盖层向与之邻接的有源层中的扩散、防止激光器特性的变坏。

此外，也不限于半导体激光器，在其它的半导体器件中，通过使与有源层邻接的掺Zn的p型III—V族半导体层中同时含有Zn与Fe或过渡金属元素，也能抑制Zn向有源层中的扩散、防止特性变坏。

具有如上所述的结构的本发明可达到以下的效果。

由于在添加了Zn的p型III—V族化合物半导体层中再添加或扩散Fe，可抑制Zn向邻接的有源层扩散，能防止半导体器件特性的恶化。

此外，由于在添加了Zn的p型III—V族化合物半导体层中加入过渡金属元素，因此能抑制Zn向邻接的有源层扩散、防止半导体器件特性的恶化。

另外，由于使添加了Zn的p型III—V族化合物半导体覆盖层中添加或扩散入Fe，能抑制Zn向邻接的有源层扩散、使半导体激光器特性变好。

此外，由于使过滤金属元素加入到已添加了Zn的p型III—V族化合物半导体覆盖层中，故可以抑制Zn向邻接的有源层的扩散、使半导体激光器特性变好。

另外，由于在已添加了Zn的p型InP覆盖层中加入或扩散入Fe，故可以抑制Zn向邻接的InGaAsP有源层的扩散、使半导体激光器的特性变好。

还有，由于在已添加了Zn的p—InP覆盖层中加入过渡金属元素，故可以抑制Zn向邻接的InGaAsP有源层的扩散、使半导体激光器的特性变好。

Claims (9)

1.一种半导体器件，该器件具有与有源层邻接的p型III—V族化合物半导体层，其特征在于：在上述p型III—V族化合物半导体层中添加了Zn和Fe。

2.一种半导体器件，该器件具有与有源层邻接的p型III—V族化合物半导体层，其特征在于：在上述p型III—V族化合物半导体层中添加了Zn与过渡金属元素。

3.一种半导体器件，该器件具有：添加了Fe的化合物半导体层、在该化合物半导体层上形成的添加了Zn和由上述化合物半导体扩散而来的Fe的p型III—V族化合物半导体层，以及在该p型III—V族化合物半导体层上形成的有源层。

4.一种半导体激光器件，该器件具有：添加了Fe的化合物半导体层、在该化合物半导体层上形成的添加了Zn及由上述化合物半导体层扩散而来的Fe的p型III—V族化合物半导体覆盖层、在该覆盖层上形成的有源层，以及在该有源层上形成的n型III—V族化合物半导体覆盖层。

5.一种半导体激光器件，该器件具有：添加了Zn与Fe的p型III—V族化合物半导体覆盖层、一侧表面与该覆盖层相邻接而形成的有源层，以及与该有源层另一侧表面相邻接而形成的n型III—V族化合物半导体覆盖层。

6.一种半导体激光器件，该器件具有：添加了Zn与过渡金属元素的p型III—V族化合物半导体覆盖层、一侧表面与该覆盖层相邻接而形成的有源层，以及与该有源层另一侧表面相邻接而形成的n型III—V族化合物半导体覆盖层。

7.一种半导体激光器件，该器件具有：Fe—InP化合物半导体层、在该化合物半导体层上形成的添加了Zn及由上述化合物半导体扩散而来的Fe的p型InP覆盖层、在该覆盖层上形成的InGaAsP有源层，以及在该有源层上形成的n型InP覆盖层。

8.一种半导体激光器件，该器件具有：添加了Zn与Fe的p型InP覆盖层、一侧表面与该覆盖层相邻接而形成的InGaAsP有源层，以及与该有源层另一侧表面相邻接而形成的n型InP覆盖层。

9.一种半导体激光器件，该器件具有：添加了Zn与过渡金属元素的p型InP覆盖层、一侧表面与该覆盖层相邻接而形成的InGaAsP有源层，以及与该有源层另一侧表面相邻接而形成的n型InP覆盖层。

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