JP2001339120A - 化合物半導体素子およびその製造方法 - Google Patents

化合物半導体素子およびその製造方法

Info

Publication number
JP2001339120A
JP2001339120A JP2000157574A JP2000157574A JP2001339120A JP 2001339120 A JP2001339120 A JP 2001339120A JP 2000157574 A JP2000157574 A JP 2000157574A JP 2000157574 A JP2000157574 A JP 2000157574A JP 2001339120 A JP2001339120 A JP 2001339120A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
iii
compound semiconductor
semiconductor device
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000157574A
Other languages
English (en)
Inventor
Akiko Gomyo
明子 五明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2000157574A priority Critical patent/JP2001339120A/ja
Publication of JP2001339120A publication Critical patent/JP2001339120A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エピタキシャル成長後の降温時において、化
合物半導体層中への水素の侵入を低減して、素子の特性
および信頼性を向上させる。 【解決手段】 n型GaAs基板1上に、バッファ層
2、n−AlGaInPクラッド層3、活性層4、p−
AlGaInPクラッド層5、p−GaInPステップ
バンチング発生層6、p−GaInP秩序構造形成層
(自然超格子層)7をエピタキシャル成長させ、メサ構
造を形成する。電流ブロック層8、n−GaInPステ
ップバンチング発生層9、n−GaInP秩序構造形成
層(自然超格子層)10をエピタキシャル成長させる
(a)。コンタクト層11を形成する(b)。秩序構造形
成層7および10によりエピタキシャル成長後の水素の
侵入を低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、III−V族半導体
のエピタキシャル成長により形成される化合物半導体素
子およびその製造方法に関し、特に、製造工程における
エピタキシャル層形成後の降温時に、層中への水素の侵
入を抑制して素子の特性および信頼性を向上させる化合
物半導体素子構造およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】III−V族半導体を用いる半導体レーザ
等の化合物半導体素子の製造には、通常、有機金属気相
エピタキシャル成長(MOVPE:Metal Organic Vapo
r Phase Epitaxy)法や(ガスソース)分子線エピタキ
シャル(MBE:Molecular beam epitaxy)法等を用い
てエピタキシャル層を成長させていくが、不純物ドーピ
ングも同時に行って、p型半導体層あるいはn型半導体
層を得ている。MOVPE成長によるIII−V族化合物
半導体素子の製造工程においては、反応炉中の輸送ガス
あるいは成長後の降温時の雰囲気ガスとして水素を使用
することが多い。この水素は、主にエピタキシャル層成
長後の降温中に、イオン化した状態で多量に結晶中に侵
入し不純物原子と結合して、不純物原子の不活性化を生
じさせ素子の高抵抗化を引き起こしていた。また、侵入
した水素イオンは、不純物原子と結合するばかりでな
く、その錯体から解離して結晶中を移動し、不純物原子
の活性化・不活性化の不安定性を生じさせて、経時的に
素子の駆動電流が変動するなどの事態を招いていた。こ
れらは、素子の信頼性低下や歩留まり低下の問題に繋が
っていた。
【0003】従来、これらの問題を抑制するために、エ
ピタキシャル成長後にアニールなどの熱プロセスを追加
して、水素を半導体層から除去することがなされてき
た。しかし、このアニールプロセスは、追加的な余分な
プロセスであることに加えて、このプロセス自身によっ
て、不純物原子の拡散が引き起こされるなどの結晶性を
悪化する要因となっていた。ところで、上述したよう
に、MOVPE結晶の成長中あるいは成長後の降温時に
水素化V族原料を用いることが一般的であり、このとき
に結晶中に水素が侵入するのを回避するために、有機V
族原料なども用いられている。しかしながら、良好な結
晶性が得られている最も一般的な原料は、水素化V族原
料であるため、従来通りの水素化V族原料を用いる必要
性は高い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
解決すべき課題は、MOVPE結晶の成長中あるいは成
長後の降温時に水素化V族原料を用いる場合に、結晶中
に侵入した水素を除去するための余分な熱プロセスを不
要にしかつ素子特性等を向上させるために半導体層中に
水素の侵入を低減して素子の特性および信頼性を向上さ
せる化合物半導体素子の構造およびその製造方法を提供
することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、基板上
にエピタキシャル成長された複数のIII−V族化合物半
導体層を有する化合物半導体素子において、電極コンタ
クト層または該電極コンタクト層付近の下層としてIII
族副格子(化合物結晶中の同族原子のみからなる結晶格
子)上あるいはV族副格子上に秩序構造(自然超格子)
の形成された3元以上の混晶半導体エピタキシャル層か
らなる水素侵入防止層を有することを特徴とする化合物
半導体素子、が提供される。好ましくは、III−V族半
導体基板と、前記基板上にエピタキシャル成長したIII
−V族半導体層により形成された第1クラッド層と活性
層と第2クラッド層と電極コンタクト層とを有し、前記
第2クラッド層と前記コンタクト層との間にIII族副格
子上あるいはV族副格子上に秩序構造の形成された3元
以上の混晶半導体エピタキシャル層による水素侵入防止
層をさらに有することを特徴とする化合物半導体素子、
が提供される。好ましくは、これらの化合物半導体素子
は、前記第2クラッド層と前記水素防止膜との間にステ
ップバンチング層をさらに有する構成である。
【0006】好ましくは、前記III−V族半導体エピタ
キシャル層が形成される基板面が(11nsub )基板面
(1≦nsub≦15)であり、前記基板がn型あるいは
p型のGaAs基板であり、かつ前記第1クラッド層が
n型あるいはp型の(Alx1Ga1-x1y1In1-y1P層
(0<x1,y1≦1)であり、かつ前記活性層が
{(Alx11Ga1-x11y11In1-y11P量子井戸層/
(Alx12Ga1-x12y12In1-y12P障壁層}×n
1w(0≦x11,x12≦1,0<y11,y12<
1)(n1w;正の整数)の単一あるいは多重量子井戸構
造層であり、かつ前記第2クラッド層がp型あるいはn
型の(Alx13Ga1-x13y13In1-y13P層(0<x1
3≦1,0<y13<1)層であり、かつ前記ステップ
バンチング発生層が(Alx15Ga1-x15y15In1-y15
P(0≦x15≦1,0<y15<1)であり、かつ前
記水素侵入防止層がIII族副格子上に秩序構造の形成さ
れた(Alx14Ga1-x14y14In1-y14P層(0≦x1
4≦1,0<y14<1)である。
【0007】また、前記第1クラッド層がn型あるいは
p型のAlx21Ga1-x21As(0<x21≦1)層であ
り、前記水素侵入防止層がIII族副格子上に秩序構造の
形成された(Alx24Ga1-x24y24In1-y24P層(0
≦x24≦1,0<y24<1)または(Alx24'Ga
1-x24'y24'In1-y24'As層(0≦x24'≦1,0
<y24' <1)の何れかである構造にもできる。さら
に、前記基板がn型あるいはp型のInP基板であり、
前記第1クラッド層がn型あるいはp型のInx31Ga
1-x31Asy311-y31(0≦x31,y31≦1)であ
り、かつ前記水素侵入防止層がIII族副格子上あるいは
V族副格子上に秩序構造の形成されたInx34Ga1-x34
Asy341-y34(0≦x34,y34≦1)またはIII
族副格子上に秩序構造の形成された(Alx34'Ga
1-x34'y34 'In1-y34'As層(0≦x34' ≦1,0
<y34' <1)の何れかである構造にもできる。前記
基板がn型あるいはp型のInPであり、前記第1クラ
ッド層がn型あるいはp型の(Alx41Ga1-x41y41
In1-y41As層(0≦x41≦1,0<y41<1)
であり、前記水素侵入防止層がIII族副格子上あるいは
V族副格子上に秩序構造の形成されたInx44Ga1-x44
Asy441-y44層(0≦x44,y44≦1)またはII
I族副格子上に秩序構造の形成された(Alx44'Ga
1-x44'y 44'In1-y44'As層(0≦x44' ≦1,0
<y44' <1)の何れかである構造にもできる。
【0008】また、本発明によれば、前記基板がGaA
sあるいはInPであり、前記電極コンタクト層に代わ
るキャップ層の下に前記水素侵入防止層として、III族
副格子上に秩序構造の形成された(Alx54'
1-x54'y54'In1-y54'P層(0≦x54' ≦1,0
<y54' <1)、またはIII族副格子上あるいはV族
副格子上に秩序構造の形成されたInx54 "Ga1-x54 "
y54 "1-y54 "層(0≦x54",y54"≦1)、また
はIII族副格子上に秩序構造の形成された(Alx54'''
Ga1-x54'''y54'''In1-y54'''As層(0≦x5
4''' ≦1,0<y54''' <1)、の何れかを有する
ことを特徴とする化合物半導体素子、が提供される。
【0009】さらに、本発明によれば、(1)III−V
族半導体基板上に、エピタキシャル成長により複数のII
I−V族半導体層を形成する工程と、(2)III−V族半
導体層上にIII族副格子上あるいはV族副格子上に秩序
構造の形成された3元以上の混晶III−V族半導体をエ
ピタキシャル成長させて水素侵入防止層を形成する工程
と、を有することを特徴とする化合物半導体素子の製造
方法、が提供される。そして、好ましくは、前記第
(1)の工程の後、前記第(2)の工程に先立って、前
記複数のIII−V族半導体層上にステップバンチングを
生じさせる条件でIII−V族半導体をエピタキシャル成
長させてステップバンチング発生層を形成する工程が付
加される。
【0010】さらに、好ましくは、前記第(2)の工程
の後、前記水素侵入防止層の成長炉内において他の半導
体層を形成することなく降温が行われる。そして、上記
の各工程におけるエピタキシャル成長が、有機金属気相
エピタキシャル成長法あるいはガスソース分子線エピタ
キシャル成長法あるいはハイドライド気相成長法の何れ
かで行われる。
【0011】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明の化合物半導体素子の構造は、MO
VPE法などにより基板上に複数のIII−V族化合物半
導体のエピタキシャル層を成長させていく。素子特性等
を低下させる水素イオンの層中への侵入は主にエピタキ
シャル層成長後の降温時に発生していることから、成長
最終層あるいは最終層付近の層(例えば、電極コンタク
ト層の下層)として水素の侵入を阻止あるいは低減する
層(水素侵入防止層)を形成する。これによって、降温
時の水素の層中への侵入を低減して水素による不純物の
不活性化を抑制する。この水素侵入防止層として、秩序
構造(自然超格子)の形成された3元以上のIII−V族
混晶半導体エピタキシャル層を成長させる。この秩序構
造について、次に説明する。
【0012】図8(a)はIII−V族混晶半導体の単位
結晶格子を示し、図8(b)は秩序構造をもつIII−V
族混晶半導体の結晶構造を示す。III−V族化合物半導
体素子のエピタキシャル層は、3元混晶であれば、III
a−IIIb−V型混晶あるいはIII−Va−Vb型混晶で
構成されて、IIIa−IIIb−V型混晶ではIIIaおよびI
IIbの2種のIII族原子あるいはIII−Va−Vb型混晶
ではVaおよびVbの2種のV族原子が副格子(化合物
結晶中の同族原子のみからなる結晶格子)上にほぼラン
ダムに配置していることが知られている。分かりやすく
するために、51をIII族原子、52をV族原子として
図8(a)を参照して説明すると、III族原子51と同
じ模様の原子(51a〜51m)の位置にIIIaあるい
はIIIbの異なる2種の原子が全くランダムに配列する
ということである。このようにIII族副格子上にIIIaと
IIIbとがランダムに配列すると、IIIa−VとIIIb−
Vとのボンド長差(例えば、図8(a)の51aと51
dがそれぞれ異なるIII族原子のIIIaとIIIbとすれ
ば、51a−52aと51d−52aの原子間距離の
差)が全体的には数%程度の歪み混晶を作っている。
【0013】そのため、III族副格子上あるいはV族副
格子上にそれぞれ2種の同族原子がランダムに配列して
いる混晶中では、マクロ的にはある平均的な格子定数を
もつが、ミクロ的に見ると、結晶中には局所的な歪みが
蓄積されている。このような結晶中に蓄積された歪みの
存在は、結晶を構成する原子あるいは不純物原子の水素
イオンを繋ぎ止める結合エネルギー(例えば、クーロン
力等)が小さくなって、水素イオンの拡散パスが存在し
やすくなるため、水素が安定サイトに納まりにくくな
り、結晶中の拡散を増大させる。
【0014】一方、これらIIIa−IIIb−V型混晶ある
いはIII−Va−Vb型混晶の型の3元混晶では、III族
副格子上あるいはV族副格子上に秩序構造が、ある条件
下で形成されることが知られている。その秩序構造と
は、IIIa−IIIb−V型混晶中ではIIIa−VとIIIb−
Vの配列が隣接して存在することであり、また III−V
a−Vb型混晶中ではIII−VaとIII−Vbの配列が隣
接して存在することである。そこで、例として、この秩
序構造をもつIIIa−IIIb−V型混晶の結晶構造を図8
(b)に示す。この図8(b)は、図8(a)中の5
1、51a、51b、51cの原子が作る面の法線方向
から見た結晶構造であり、図8(a)中の51a、51
e、51f、51g、51h、51iを図8(b)中の
Ga原子とすれば、51j、51d、51k、51l、
51m、51cをIn原子とみなすことができる。この
ように、秩序構造とは、IIIa−VとIIIb−V(III−
Va−Vb型混晶中ではIII−VaとIII−Vb)の配列
が隣り合って周期的に形成された構造のことである。
【0015】このような結晶構造のエピタキシャル層を
最終成長層付近に形成すれば、上述した局所的な結晶内
部の歪みが解消あるいは低減されて、水素の拡散パスが
形成されにくくなり、水素が比較的短い拡散距離で安定
サイトに納まりやすくなって、深部への水素の侵入を抑
制できる。通常、III−V族半導体素子では、3元を超
える混晶を用いることが多いので、混晶中の内部歪みが
さらに大きくなるため、最終層となる素子の電極コンタ
クト層の下層にこのような秩序構造をもつ水素侵入防止
層を挿入させることがより必要となる。
【0016】III−V族混晶では、エピタキシャル成長
中に侵入する水素原子による不純物の不活性化は、p型
不純物ドーピングとn型不純物ドーピングのいずれにお
いても発生する。このため、本発明の実施例では、電極
コンタクト層としてp型結晶あるいはn型結晶いずれを
用いる場合でも、電極コンタクト層の下層として水素侵
入防止層を挿入する。このエピタキシャル層としては、
平均格子定数が、基板の格子定数からの不整合度の小さ
い混晶を選択する。このように水素侵入防止層を設ける
ことにより、この水素侵入防止層以下の層への水素濃度
を低減し、素子動作領域層におけるキャリアの活性化率
の低下を防ぐことができて、素子特性の向上や安定性の
向上を可能にする。
【0017】III−V族結晶中の不純物としては、例え
ばC、Si、Se、Zn、Mgなどを用いるのが好まし
い。また、例えば、基板にはGaAsあるいはInPを
用い、その上にGaInPやAlGaInP系結晶、G
aInAs、AlGaAs、GaInAsPあるいはA
lGaInAs系結晶、またはInGaAsP系結晶を
成長させる場合に好ましい効果が得られる。
【0018】
【実施例】以下に、図1〜図4を参照して本発明の第1
の実施例を説明する。図1、図2は、エピタキシャル成
長をMOVPE法で行った場合のIII−V族半導体を用
いた半導体光素子(半導体レーザ)の製造工程を示す断
面図である。図2(b)は、その完成した半導体光素子
の断面図である。また、図3は、図1(c)の表面の拡
大断面図である。図4は、図2(b)に示される本発明
の半導体光素子の電極コンタクト層11から基板1方向
へ侵入した水素濃度分布のプロファイルを示す。
【0019】まず、第1回目のMOVPE成長を説明す
る。図1(a)に示すような(115)A面1aをもつ
n型GaAs基板1上に、図1(b)に示すように、n
−GaAsバッファ層2、n−(Al0.7Ga0.30.5
In0.5Pクラッド層3、Ga 0.5In0.5P量子井戸層
/(Al0.7Ga0.30.5In0.5P障壁層の多重量子井
戸(MQW:Multi Quantum Well )構造活性層4、p
−(Al0.7Ga0.30.5In0.5Pクラッド層5のダブ
ルへテロ構造までを順次MOVPE法により成長させ
る。このとき、III族原料として、トリエチルアルミニ
ウム[(C253Al]、トリエチルガリウム[(C2
53Ga]、トリエチルインジウム[(C253
n]を用いる。V族原料として、アルシン[AsH3
またはフォスフィン[PH3]を用いる。n型ドーパン
トとしてジシラン[Si26]、p型ドーパントとして
ジエチル亜鉛[(C252Zn]を用いる。GaAs
層2は温度650度およびV/III比200で、AlG
aInP層およびGaInP層は温度650度およびV
/III比450で成長を行う。なお、V/III比はモル比
である。
【0020】その後、ステップバンチング(step bunch
ing)の大きく生じる条件(温度650度およびV/III
比55)でp−GaInPエピタキシャル層を成長さ
せ、図1(c)に示すような、表面にステップバンチン
グ61をもつp−GaInPステップバンチング発生層
6を形成する。ステップバンチング61の生じた面に
は、図3に示すように、(001)微傾斜面61aと
(001)面からの傾斜角の大きな面61bとが連続し
て周期的に存在する。ステップバンチング61の生じた
成長面上に連続して、秩序構造が形成されるような成長
条件(本実施例では、温度650度およびV/III比1
000)でp−GaInP層を成長させて、図1(d)
に示すようなp−GaInP秩序構造形成層7を形成す
る。そして、アルシン(AsH3)および水素(H2)雰
囲気中で室温まで降温させる。このとき、秩序構造形成
層7が水素の侵入を抑制するため、秩序構造形成層7か
ら下の層の不純物の不活性化を防止できる。平坦な(1
15)A面上にGaInP層が成長した場合には、Ga
InP層はほぼディスオーダ結晶になる。これに対し
て、ステップバンチングの生じた成長面では、(00
1)微傾斜面61aの領域で強く秩序構造が形成される
ため、GaInP層中の秩序構造の形成度が高くなる。
なお、傾斜角の大きな面61bの領域では、秩序構造は
形成されないが、秩序構造形成層7全体からみればこの
部分からの水素の侵入はあまり問題とならない。GaI
nP中の不純物濃度は、約5×1017個/cm3以下の
秩序構造がディスオーダ化されない濃度にする。本実施
例ではp型不純物としてZnを用いる。
【0021】次に、第2回目のMOVPE成長を説明す
る。電流狭窄メサストライプ構造を形成し、電流ブロッ
ク層8としてn−GaAs層を温度650度およびV/
III比200で形成する。その後、電流ブロック層8上
に、n−GaInPステップバンチング発生層9を温度
650度およびV/III比55で形成し、その後連続し
てn−GaInP秩序構造形成層10を温度650度お
よびV/III比1000で成長させる。このとき、n型
不純物としてSiを用いる。そして、AsH3およびH2
雰囲気中で室温まで降温させる。このとき、秩序構造形
成層7および秩序構造形成層10が水素の侵入を抑制し
て、これらより下の層中の不純物の不活性化を防止して
いる。
【0022】続いて、第3回目のMOVPE成長に入
り、図2(b)のように、p−GaInP秩序構造形成
層7およびn−GaInP秩序構造形成層10上にp−
GaAs電極コンタクト層11を温度650度およびV
/III比200で成長させる。p型不純物としてZnを
用いる。そして、AsH3およびH2雰囲気中で室温まで
降温させる。p−GaAs電極コンタクト層11成長後
の降温時に、降温雰囲気中の水素が成長表面から結晶中
に侵入しようとする。この場合、メサストライプ内部で
は、水素の拡散は、p−GaInP秩序構造形成層7領
域内まで進むが、この層内で拡散が押さえられる。その
ため、GaInP秩序構造形成層7領域よりも表面から
深いp型クラッド層5、MQW活性層4、n型クラッド
層3の各層への水素の侵入が著しく抑制される。図4
は、このときの素子中の厚さ方向の水素濃度分布を示
す。この図によれば、p−GaInP秩序構造形成層7
により、この層を挟んで、105個/cm3レベルで水素
濃度の低減が図られたことが分かる。このような構造の
結果、特にp型クラッド層5中のキャリアの活性化率が
向上し、p型クラッド層5の高抵抗化が抑制される。さ
らに、DH構造中の水素濃度が低減されるため、素子抵
抗の高抵抗化や歩留まり低下といった問題も解決され
る。
【0023】また、半導体結晶として、上記実施例の混
晶以外のAlGaAs、AlGaInAs、InGaA
sPなどの混晶についても、以下の例のように、同様の
効果が得られる。n型およびp型クラッド層としてAl
0.3Ga0.7As層を用いた半導体レーザ素子において、
III 族副格子上に秩序構造の形成された(Al0.2Ga
0.80.5In0.5P層あるいは(Al0.3Ga0.70.9
0.1As層を水素侵入防止層として用いた場合や、n
型InP基板を用い、n型クラッド層としてIn0.8
0.2As0.50.5を用いた半導体レーザ素子におい
て、III族副格子上あるいはV族副格子上に秩序構造の
形成されたIn0.8Ga0.2 As0.50.5層あるいはIII
族副格子上に秩序構造の形成された(Al0.3Ga0.7
0.5In0.5As層を水素侵入防止層として用いた場合
や、n型InP基板上に、n型およびp型クラッド層と
して(Al0.5Ga0.50.5In0.5As層を有する半導
体レーザ素子において、III族副格子上あるいはV族副
格子上に秩序構造の形成されたIn0.8Ga0.2 As0.5
0.5層を用いた場合や、III族副格子上に秩序構造の形
成された(Al0.5Ga0.50.5In0.5As層を水素侵
入防止層として用いた場合にも同様の効果が得られる。
【0024】次に、第2の実施例として、電子素子に適
用した場合についてヘテロ接合バイポーラトランジスタ
(HBT:Heterojunction Bipolar Transistor)を
例にとり、図5(a)および(b)を参照して以下に説
明する。まず、図5(a)に示されるように、MOVP
E法を用いて、GaAs基板20上にアンドープGaA
sバッファ層21、n−GaAsコレクタ層22、p−
GaAsベース層23、n−GaInPエミッタ層2
4、n−GaInPステップバンチング層25、n−G
aInP秩序構造形成層26を成長させ、その後、n−
GaAsキャップ層(電極コンタクト層)27を形成す
る。次に、選択的エッチングにより、n−GaAsコレ
クタ層22、p−GaAsベース層23の表面を露出さ
せ、コレクタ電極28、ベース電極29、エミッタ電極
40を形成すると、図5(b)に示されるようなHBT
が得られる。このように、n−GaInP秩序構造形成
層26が形成された状態にて降温しエッチングするよう
にすれば、GaInP秩序構造形成層26により降温時
にこの層より下への水素の侵入が抑制され、電子素子に
おける特性低下を抑制することができる。
【0025】次に、第3の実施例として、図6、図7を
参照して多波長面発光レーザの製造方法について説明す
る。図6(a)に示すように、GaAs基板31上に、
ガスソースMBE法により、n型AlAs層とn型Ga
As層の積層体である下部ブラッグ反射鏡層32、ノン
ドープのInGaAs活性層32、波長調整層としての
p−AlGaAs中間層34、p−AlGaAsステッ
プバンチング発生層35、p−AlGaAs秩序構造形
成層36を成長させる。次に、図6(b)に示すよう
に、所望の発振波長を実現するために、中間層36を所
定の深さに選択的にエッチングする。続いて、図6
(c)に示すように、p型AlAs層とp型GaAs層
の積層体である上部ブラッグ反射鏡層37、p−AlG
aAsステップバンチング発生層38、p−AlGaA
s秩序構造形成層39を成長させる。その後、図7に示
すように、秩序構造形成層39、ステップバンチング発
生層38、上部ブラッグ反射鏡層37を選択的にエッチ
ングして、発光素子毎にポスト状の反射鏡を形成し、全
面を絶縁膜41にて被覆した後、イオン注入により高抵
抗領域40を形成する。最後に、絶縁膜41に窓開けを
行ってp側電極42を形成し、エッチングにより下部ブ
ラッグ反射鏡層32の一部を露出させてn側電極43を
形成する。
【0026】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明は、これら実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱することのない範囲内にお
いて適宜の変更が可能なものである。例えば、上記の第
1の実施例は、通常のエピタキシャル成長による3回埋
め込みインデックスガイド型のエピタキシャル成長構造
について述べたが、その他の例として、2回成長構造の
場合も可能である。また、DH構造のクラッド層に挟ま
れた層として多重量子井戸構造を用いた例を示したが、
クラッド層に挟まれた層は、単層、単一量子井戸層、発
光素子特性を向上するために光ガイド層などを設けた場
合でもよく、これらについても、同様の効果が得られ
る。
【0027】成長基板面方位についても、(001)面
を始め、種々の(11n)A面、(11n)B面(nは
任意の整数)を用いた場合についても同様の効果が得ら
れる。不純物原子の結晶中への取り込まれ量は、成長温
度やV/III比により元素種で差があるが、キャリアの
活性化率に大きな差がでる程ではない。また、ドーピン
グする不純物元素種に関係なく同様の効果が得られる。
さらに、本発明は、結晶成長方法として、MOVPE法
やガスソースMBE法ばかりでなくハイドライド気相成
長法を用いても同様の効果が得られる。また、エピタキ
シャル層として同じIII−V族結晶であるGaN系混晶
に、InGaN秩序構造形成層を用いた場合について
も、同様の効果が得られる。また、コンタクト層を3元
のIII−V族結晶で構成する場合にはコンタクト層上に
水素進入防止層を形成することもできる。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、秩序構
造をもつ水素侵入防止層をコンタクト層の基板側手前な
どに挿入するものであるので、この水素侵入防止層より
下の層への水素の侵入が抑制され、素子結晶中のキャリ
アの活性化率の向上を図ることができ、素子の安定動
作、低駆動電力化、特性の向上を実現することができ
る。その結果、素子高信頼化や高歩留まり化が達成でき
るとともに余分な熱プロセスが不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例による製造工程を示す
断面図。
【図2】 本発明の第1の実施例による製造工程を示す
断面図。
【図3】 本発明によるステップバンチング発生層の表
面断面の模式図。
【図4】 本発明による化合物半導体素子中の水素濃度
分布図。
【図5】 本発明の第2の実施例の断面図。
【図6】 本発明の第3の実施例の製造工程を示す工程
順の断面図。
【図7】 本発明の第3の実施例の断面図。
【図8】 III−V族混晶半導体の結晶構造の説明図。
【符号の説明】
1 n−GaAs基板 1a (115)A面 2 n−GaAsバッファ層 3 n−AlGaInPクラッド層 4 多重量子井戸構造活性層 5 p−AlGaInPクラッド層 6 p−GaInPステップバンチング発生層 7 p−GaInP秩序構造形成層 8 n−GaAs電流ブロック層 9 n−GaInPステップバンチング発生層 10 n−GaInP秩序構造形成層 11 p−GaAs電極コンタクト層 20 GaAs基板 21 アンドープGaAsバッファ層 22 n−GaAsコレクタ層 23 p−GaAsベース層 24 n−GaInPエミッタ層 25 n−GaInPステップバンチング層 26 n−GaInP秩序構造形成層 27 n−GaAsキャップ層(電極コンタクト層) 28 コレクタ電極 29 ベース電極 30 エミッタ電極 31 GaAs基板 32 下部ブラッグ反射鏡層 33 InGaAs活性層 34 p−AlGaAs中間層 35、38 p−AlGaAsステップバンチング発生
層 36、39 p−AlGaAs秩序構造形成層 37 上部ブラッグ反射鏡層 40 高抵抗領域 41 絶縁膜 42 p側電極 43 n側電極 51、51a〜51m III族原子 52、52a V族原子 61 ステップバンチング 61a (001)微傾斜面 61b 傾斜角の大きな面

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 III−V族半導体基板上にエピタキシャ
    ル成長された活性層を含む複数のIII−V族化合物半導
    体層を有する化合物半導体素子において、前記活性層と
    その上層の電極との間にIII族副格子上あるいはV族副
    格子上に秩序構造の形成された3元以上の混晶半導体エ
    ピタキシャル層からなる水素侵入防止層を有することを
    特徴とする化合物半導体素子。
  2. 【請求項2】 前記化合物半導体素子が光素子であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体素子。
  3. 【請求項3】 前記複数のIII−V族化合物半導体層が
    前記活性層を挟む第1クラッド層と第2クラッド層とを
    含むことを特徴とする請求項2に記載の化合物半導体素
    子。
  4. 【請求項4】 前記複数のIII−V族化合物半導体層が
    が形成される基板面が(11nsub)基板面(1≦nsub
    ≦15)である請求項1〜3の何れかに記載の化合物半
    導体素子。
  5. 【請求項5】 前記III−V族半導体基板がn型あるい
    はp型のGaAs基板である請求項1〜4の何れかに記
    載の化合物半導体素子。
  6. 【請求項6】 前記第1クラッド層がn型あるいはp型
    の(Alx1Ga1-x1y1In1-y1P層(0<x1,y1
    ≦1)であり、かつ前記水素侵入防止層がIII族副格子
    上に秩序構造の形成された(Alx14Ga1-x14y14
    1-y14P層(0≦x14≦1,0<y14<1)であ
    る請求項3〜5の何れかに記載の化合物半導体素子。
  7. 【請求項7】 前記活性層が{(Alx11Ga1-x11
    y11In1-y11P量子井戸層/(Alx12Ga1-x12y12
    In1-y12P障壁層}×n1w(0≦x11,x12≦1,
    0<y11,y12<1)(n1w;正の整数)の単一あ
    るいは多重量子井戸構造層であり、かつ前記第2クラッ
    ド層がp型あるいはn型の(Alx13Ga1-x13y13
    1-y13P層(0<x13≦1,0<y13<1)層で
    あることを特徴とする請求項6に記載の化合物半導体素
    子。
  8. 【請求項8】 前記第2クラッド層と前記水素侵入防止
    層との間に(Alx1 5Ga1-x15y15In1-y15Pステッ
    プバンチング発生層(0≦x15≦1,0<y15<
    1)を有する請求項3〜7の何れかに記載の化合物半導
    体素子。
  9. 【請求項9】 前記第1クラッド層がn型あるいはp型
    のAlx21Ga1-x21As(0<x21≦1)層であり、
    前記水素侵入防止層がIII族副格子上に秩序構造の形成
    された(Alx24Ga1-x24y24In1-y24P層(0≦x
    24≦1,0<y24<1)または(Alx24'Ga
    1-x24'y24'In1-y24'As層(0≦x24',0<y
    24' <1)である請求項3〜5の何れかに記載の化合
    物半導体素子。
  10. 【請求項10】 前記III−V族半導体基板がn型ある
    いはp型のInP基板であることを特徴とする請求項1
    〜4何れかに記載の化合物半導体素子。
  11. 【請求項11】 前記第1クラッド層がn型あるいはp
    型のInx31Ga1-x 31Asy311-y31(0≦x31,y
    31≦1)であり、かつ前記水素侵入防止層がIII族副
    格子上あるいはV族副格子上に秩序構造の形成されたI
    x34Ga1-x3 4Asy341-y34(0≦x34,y34≦
    1)またはIII族副格子上に秩序構造の形成された(A
    x34'Ga1-x34'y34'In1-y34'As層(0≦x3
    4',y34'≦1)であることを特徴とする請求項10
    に記載の化合物半導体素子。
  12. 【請求項12】 前記第1クラッド層がn型あるいはp
    型の(Alx41Ga1 -x41y41In1-y41As層(0≦x
    41≦1,0<y41<1)であり、前記水素侵入防止
    層がIII族副格子上あるいはV族副格子上に秩序構造の
    形成されたInx44Ga1-x44Asy441-y44層(0≦x
    44,y44≦1)またはIII族副格子上に秩序構造の
    形成された(Alx44'Ga1-x44'y44'In1-y44'As
    層(0≦x44' ≦1,0<y44' <1)であること
    を特徴とする請求項10に記載の化合物半導体素子。
  13. 【請求項13】 前記化合物半導体素子が電子素子であ
    って、前記III−V族半導体基板がGaAs基板あるい
    はInP基板であり、かつ前記水素侵入防止層がIII族
    副格子上に秩序構造の形成された(Alx54'
    1-x54'y54'In1-y 54'P層(0≦x54' ≦1,0
    <y54' <1)またはIII族副格子上あるいはV族副
    格子上に秩序構造の形成されたInx54 "Ga1-x54 "As
    y54 "1-y54 "層(0≦x54",y54"≦1)またはII
    I族副格子上に秩序構造の形成された(Alx54'''Ga
    1-x54'''y54'''In1-y54'''As層(0≦x54'''
    ≦1,0<y54''' <1)であることを特徴とする請
    求項1に記載の化合物半導体素子。
  14. 【請求項14】 (1)III−V族半導体基板上に、エ
    ピタキシャル成長により複数のIII−V族半導体層を形
    成する工程と、 (2)III−V族半導体層上にIII族副格子上あるいはV
    族副格子上に秩序構造の形成された3元以上の混晶III
    −V族半導体をエピタキシャル成長させて水素侵入防止
    層を形成する工程と、を有することを特徴とする化合物
    半導体素子の製造方法。
  15. 【請求項15】 前記第(1)の工程の後、前記第
    (2)の工程に先立って、前記複数のIII−V族半導体
    層上にステップバンチングを生じさせる条件でIII−V
    族半導体をエピタキシャル成長させてステップバンチン
    グ発生層を形成する工程が付加されることを特徴とする
    請求項14に記載の化合物半導体素子の製造方法。
  16. 【請求項16】 前記第(2)の工程の後、前記水素侵
    入防止層の成長炉内において他の半導体層を形成するこ
    となく降温が行われることを特徴とする請求項14また
    は15に記載の化合物半導体素子の製造方法。
  17. 【請求項17】 前記第(2)の工程の後、前記水素侵
    入防止層の成長炉内において引き続き他のIII−V族半
    導体層の結晶成長が行われることを特徴とする請求項1
    4または15に記載の化合物半導体素子の製造方法。
  18. 【請求項18】 エピタキシャル成長が、有機金属気相
    エピタキシャル成長法あるいはガスソース分子線エピタ
    キシャル成長法あるいはハイドライド気相成長法の何れ
    かで行われることを特徴とする請求項14〜17の何れ
    かに記載の化合物半導体素子の製造方法。
JP2000157574A 2000-05-29 2000-05-29 化合物半導体素子およびその製造方法 Pending JP2001339120A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000157574A JP2001339120A (ja) 2000-05-29 2000-05-29 化合物半導体素子およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000157574A JP2001339120A (ja) 2000-05-29 2000-05-29 化合物半導体素子およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001339120A true JP2001339120A (ja) 2001-12-07

Family

ID=18662185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000157574A Pending JP2001339120A (ja) 2000-05-29 2000-05-29 化合物半導体素子およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001339120A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008118038A (ja) * 2006-11-07 2008-05-22 Hitachi Cable Ltd 発光素子用エピタキシャルウェハ及びその製造方法並びに発光素子
JP2016046334A (ja) * 2014-08-21 2016-04-04 日本電信電話株式会社 量子細線構造
CN111063750A (zh) * 2019-12-10 2020-04-24 广东省半导体产业技术研究院 一种紫外光电器件及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008118038A (ja) * 2006-11-07 2008-05-22 Hitachi Cable Ltd 発光素子用エピタキシャルウェハ及びその製造方法並びに発光素子
JP2016046334A (ja) * 2014-08-21 2016-04-04 日本電信電話株式会社 量子細線構造
CN111063750A (zh) * 2019-12-10 2020-04-24 广东省半导体产业技术研究院 一种紫外光电器件及其制备方法
CN111063750B (zh) * 2019-12-10 2021-07-27 广东省半导体产业技术研究院 一种紫外光电器件及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4246242B2 (ja) 半導体発光素子
US7554127B2 (en) Semiconductor light-emitting element and method of manufacturing the same
US20020008242A1 (en) Light emitting device
US20080054277A1 (en) Semiconductor laser device
US20030015724A1 (en) Nitride semiconductor device
WO2002084831A1 (en) Gallium nitride compound semiconductor element
JPWO2005034301A1 (ja) 窒化物半導体素子およびその製造方法
US6486491B1 (en) Semiconductor device
US20080247433A1 (en) Nitride semiconductor lasers and its manufacturing method
WO2006044124A1 (en) Method and structure for deep well structures for long wavelength active regions
JP2004134772A (ja) 窒化物系半導体発光素子
US7564076B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2009038408A (ja) 半導体発光素子
JP2956623B2 (ja) 自励発振型半導体レーザ素子
JP2001339120A (ja) 化合物半導体素子およびその製造方法
JP3889910B2 (ja) 半導体発光装置およびその製造方法
JP4204166B2 (ja) 半導体素子の製造方法および該製造方法により製造した半導体素子ならびに該半導体素子を用いた光学システム
JP2001203423A (ja) 半導体発光装置
JP2001185809A (ja) 半導体光デバイス装置及びその製造方法
JP3723129B2 (ja) 半導体レーザ装置
JP2011114017A (ja) 窒化物半導体装置の製造方法
JP4193245B2 (ja) 化合物半導体素子
JPH08102567A (ja) Beドーピング方法,エピタキシャル成長方法,半導体光素子の製造方法,及び半導体光素子
JP5375983B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP4068535B2 (ja) 半導体レーザ素子、光半導体素子およびその製造方法