JP2005260277A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、AlGaInP及び/又はAlGaIn半導体材料、並びにAlGaAsP及び/又はAlGaAs半導体材料を用いた半導体発光装置に関する。 The present invention relates to an AlGaInP and / or AlGaIn semiconductor material, and a semiconductor light emitting device using the AlGaAsP and / or AlGaAs semiconductor material.
AlGaInP系半導体材料を用いた従来の半導体レーザダイオード(LD)一例としては、図2に模型的に示すような構造のものがある。
すなわち図2において、201は、n型GaAs基板、202は、基板201上に形成されたn型AlGaInPからなるクラッド層である。203は、AlGaInPからなる活性層である。204は、p型AlGaInPからなるクラッド層である。すなわち、AlGaInP活性層203のエネルギーギャップが、AlGaInPクラッド層202及び204のエネルギーギャップより小さくなるよう混晶比が設定されており、ダブルヘテロ構造をなしている。206はコンタクト層である。
An example of a conventional semiconductor laser diode (LD) using an AlGaInP-based semiconductor material is a structure as schematically shown in FIG.
That is, in FIG. 2, 201 is an n-type GaAs substrate, and 202 is a clad layer made of n-type AlGaInP formed on the
205はGaAsからなる電流ブロック層である。電流ブロック層205は、レーザー発振に必要な電流密度を得るために、いわゆる、電流狭窄を行う目的で設けられる。205は、層204を選択エッチングしてリッジを形成した後、SiNxなどのアモルファス膜を用いて選択成長させることによって形成する。
AlGaInP又はAlInP(以下あわせてAlGaInP系化合物という。)はAlGaAsP又はAlGaAs(以下あわせてAlGaAsP系化合物という。)と比較して、抵抗率が高い、熱抵抗が大きい等の欠点も有しており、このことが素子の動作電圧を高くする、発熱を大きくするなどといった問題点が生じており、素子の特性や信頼性の向上において大きな課題となっている。特に、半導体レーザのように、電流狭窄が行なわれたり、発光密度が高くなる場合には、上記の問題点はますます深刻になる。 AlGaInP or AlInP (hereinafter collectively referred to as AlGaInP-based compound) has drawbacks such as higher resistivity and higher thermal resistance than AlGaAsP or AlGaAs (hereinafter also referred to as AlGaAsP-based compound). This raises problems such as increasing the operating voltage of the element and increasing heat generation, which is a major issue in improving the characteristics and reliability of the element. In particular, the above problem becomes more serious when current confinement is performed or the light emission density is increased as in a semiconductor laser.
また、p型AlGaInP系化合物のクラッド層のドーパントとして、一般的に亜鉛(Zn)が用いられているが、Znの活性化率が低いために抵抗率を下げるためには高濃度ドーピングを行う必要がある。しかしながら、この場合、活性化しなかったZnが成長中にAlGaInP系化合物結晶中を速い速度で拡散していき、pn接合位置が発光層よりもn側に大きくずれたりすることがある。この場合、電流電圧特性に異常をもたらしたり、レーザーのしきい値電流を増加させたりする。このようなp型AlGaInP系化合物層からのZn拡散は、p型AlGaInP系化合物層の層厚の増加に伴って、顕著になる。また、レーザーのように発光層の厚みが比較的薄い場合には、Zn拡散による電流電圧特性の異常が生じやすくなる。n型AlGaInP系化合物層には、拡散係数の小さいSiが有効である。 In addition, zinc (Zn) is generally used as a dopant for the cladding layer of the p-type AlGaInP compound. However, since the activation rate of Zn is low, it is necessary to perform high concentration doping in order to reduce the resistivity. There is. However, in this case, Zn that has not been activated may diffuse at a high rate in the AlGaInP-based compound crystal during growth, and the pn junction position may be greatly shifted to the n side from the light emitting layer. In this case, an abnormality is caused in the current-voltage characteristic, or the threshold current of the laser is increased. Such Zn diffusion from the p-type AlGaInP-based compound layer becomes conspicuous as the layer thickness of the p-type AlGaInP-based compound layer increases. In addition, when the thickness of the light emitting layer is relatively thin like a laser, an abnormality in current-voltage characteristics due to Zn diffusion tends to occur. Si having a small diffusion coefficient is effective for the n-type AlGaInP-based compound layer.
通常ダブルヘテロ構造を用いた場合、活性層へのキャリア及び光の閉じ込めを充分に行うために、クラッド層の膜厚として1〜2μm程度は必要となる。有機金属気相成長法でAlGaInP系化合物を成長するとき、 III族原料となる有機金属とV族原料となるPH3 との供給モル比(V/ III)を非常に大きくする必要がある。このために、成長速度を余り大きく取れない、成長原料コストがAlGaAs系化合物などに比べてかなり高くなるといった問題が生じている。特に多数枚同時成長可能な量産用の大型装置においてはこれ以外に除害等の点でますます深刻となる。 In general, when a double heterostructure is used, in order to sufficiently confine carriers and light in the active layer, a film thickness of about 1 to 2 μm is required for the cladding layer. When an AlGaInP-based compound is grown by metal organic vapor phase epitaxy, it is necessary to increase the supply molar ratio (V / III) between the organic metal serving as the group III material and PH3 serving as the group V material. For this reason, there are problems that the growth rate cannot be increased so much that the growth raw material cost is considerably higher than that of an AlGaAs compound or the like. In particular, in large-scale equipment for mass production capable of simultaneous growth of a large number of sheets, it becomes increasingly serious in terms of detoxification.
そこで本発明者らは、AlGaInP又はGaInPからなる活性層を有する半導体発光装置において、発光素子の素子特性を劣化させない程度にZnドープのp型AlGaInP系化合物クラッド層の厚みを薄くして活性層及びn側クラッドへのZn拡散を少なくさせることに想到し、ただし、活性層上下のAlGaInP系化合物クラッド層の膜厚を薄くすると、キャリア及び光の閉じ込めが不十分となり、素子特性を劣化させてしまうので、不足分をほぼ同じバンドギャップと屈折率を持つAlGaAsP系化合物で代用ができることを見出した。また、n型AlGaAsP系化合物は同程度のキャリア濃度を有するAlGaInP系化合物よりもZn拡散が起こりにくいために、n型AlGaInP系化合物クラッドの層厚も薄い方がZn拡散によるpn接合位置のシフトを防ぐことにも有効であること、AlGaInP系化合物クラッド層の薄膜化は動作電圧の低減、熱抵抗の低減にも有効であること、量産化の観点からも、成長時間、原料コスト及び除害等の点で、AlGaInP系化合物層を極力薄くし、AlGaAsP系化合物を多く用いる方が有効であること等を見出した。更に、このように活性層を挟んでAlGaInP系化合物クラッド層を設け、その外側にAlGaAsP系化合物クラッド層を設ける場合には、P型のAlGaInP系化合物からなるクラッド層のドーパントとしてはベリリウム又はマグネシウムを、P型のAlGaAsP系化合物からなるクラッド層のドーパントとしては炭素を用いるのが好ましいことを見出し、本発明に到達した。すなわち、本発明の要旨は、第1導電型のAlGaAsP又はAlGaAsからなる第1クラッド層と、該第1クラッド層に隣接して、第1導電型のAlGaInP又はAlInPからなる厚さ0.5μm以下の第2クラッド層と、該第2クラッド層に隣接して、第1又は第2導電型のAlGaInP又はGaInPからなる厚さ0.1μm未満の活性層と、該活性層に隣接して、第2導電型のAlGaInP又はAlInPからなる厚さ0.5μm以下の第3クラッド層と、該第3クラッド層に隣接して、第2導電型のAlGaAsP又はAlGaAsからなる第4クラッド層と、該活性層への電流を狭窄するための電流阻止層とを有しており、且つP型のAlGaAsP又はAlGaAsからなるクラッド層がドーピング不純物として炭素を含有しており、P型のAlGaInP又はAlGaInからなるクラッド層がドーピング不純物としてベリリウム及び/又はマグネシウムを含有していることを特徴とする半導体発光装置に存する。 Therefore, the present inventors have reduced the thickness of the Zn-doped p-type AlGaInP-based compound clad layer in a semiconductor light emitting device having an active layer made of AlGaInP or GaInP to such an extent that the element characteristics of the light emitting element are not deteriorated. The idea is to reduce Zn diffusion into the n-side cladding. However, if the thickness of the AlGaInP-based compound cladding layer above and below the active layer is reduced, the confinement of carriers and light becomes insufficient and the device characteristics deteriorate. Therefore, it has been found that the shortage can be substituted with an AlGaAsP compound having substantially the same band gap and refractive index. In addition, since n-type AlGaAsP-based compounds are less likely to cause Zn diffusion than AlGaInP-based compounds having the same carrier concentration, the n-type AlGaInP-based compound cladding has a thinner layer thickness that shifts the pn junction position due to Zn diffusion. It is effective in preventing, thinning the AlGaInP-based compound cladding layer is also effective in reducing operating voltage and thermal resistance, and from the viewpoint of mass production, growth time, raw material cost, detoxification, etc. In view of the above, it has been found that it is more effective to make the AlGaInP-based compound layer as thin as possible and to use more AlGaAsP-based compounds. Further, when an AlGaInP-based compound cladding layer is provided with an active layer interposed therebetween and an AlGaAsP-based compound cladding layer is provided outside the active layer, beryllium or magnesium is used as a dopant for the cladding layer made of a P-type AlGaInP-based compound. The present inventors have found that it is preferable to use carbon as a dopant for a clad layer made of a P-type AlGaAsP-based compound, and reached the present invention. That is, the gist of the present invention is that a first cladding layer made of AlGaAsP or AlGaAs of the first conductivity type, and a thickness of 0.5 μm or less made of AlGaInP or AlInP of the first conductivity type adjacent to the first cladding layer. A second cladding layer, an active layer made of AlGaInP or GaInP of the first or second conductivity type and having a thickness of less than 0.1 μm, adjacent to the second cladding layer, and adjacent to the active layer, A third clad layer made of two-conductivity type AlGaInP or AlInP and having a thickness of 0.5 μm or less; a fourth clad layer made of second-conductivity type AlGaAsP or AlGaAs adjacent to the third clad layer; A current blocking layer for confining a current to the layer, and a cladding layer made of P-type AlGaAsP or AlGaAs is carbon as a doping impurity And it contains, consists in the semiconductor light-emitting device, wherein a clad layer formed of P-type AlGaInP or AlGaIn is contained beryllium and / or magnesium as a doping impurity.
以下本発明をより詳細に説明する。
本発明の半導体発光装置は、第1導電型のAlGaAsP系化合物からなる第1クラッド層と、該第1クラッド層に隣接して、第1導電型のAlGaInP系化合物からなる厚さ0.5μm以下の第2クラッド層と、該第2のクラッド層に隣接して、第1又は第2導電型のAlGaInP又はGaInPからなる厚さ0.1μm未満の活性層と、該活性層に隣接して、第2導電型のAlGaInP系化合物から成る厚さ0.5μm以下の第3クラッド層と、該第3クラッド層に隣接して、第2導電型のAlGaAsP系化合物からなる第4クラッド層を具備し、且つ該活性層への電流を狭窄するための電流阻止層を有することを特徴としている。
なお、本発明の半導体発光装置の各層中の構成元素の含有割合は、基板および各層間の格子整合を考慮して決定すればよい。
以下に、本発明の発光装置をレーザダイオードとして実現した態様の一例である、図1の素子を用いて説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The semiconductor light emitting device of the present invention includes a first cladding layer made of a first conductivity type AlGaAsP compound, and a thickness of 0.5 μm or less made of a first conductivity type AlGaInP compound adjacent to the first cladding layer. Adjacent to the second cladding layer, an active layer made of AlGaInP or GaInP of the first or second conductivity type and having a thickness of less than 0.1 μm, adjacent to the active layer, A third cladding layer made of a second conductivity type AlGaInP-based compound having a thickness of 0.5 μm or less and a fourth cladding layer made of a second conductivity type AlGaAsP-based compound are provided adjacent to the third cladding layer. And a current blocking layer for confining a current to the active layer.
Note that the content ratio of the constituent elements in each layer of the semiconductor light emitting device of the present invention may be determined in consideration of lattice matching between the substrate and each layer.
A description will be given below with reference to the element of FIG. 1, which is an example of an embodiment in which the light emitting device of the present invention is realized as a laser diode.
図1は本発明の半導体装置の一例であり、実施例にて製造した装置の説明図である。本発明の装置を製造する際には、通常単結晶基板上に構成される。そしてこの基板101としては、特に限定されないが、通常GaAs基板が用いられる。基板上には、通常基板の欠陥をエピタキシャル成長層に持ち込まないために2μm以下程度のバッファ層102を用いることが好ましい。そしてこのバッファ層上に本発明の第1,第2クラッド層、活性層、第3,第4クラッド層がこの順に積層され、そして活性層への電流を狭窄し、活性層での電流密度を向上させるための電流阻止層を設けてある。第1クラッド層103としては、第1導電型のAlGaAsP系化合物であって、その厚さは通常0.3〜3μmが好ましい。そしてより好ましい第1クラッド層の厚さは下限として0.5μm以上であり、上限として1.5μmである。そしてそのキャリア濃度としては、1×1017cm-3〜3×1018cm-3の範囲が好ましく、特に好ましくは、下限として2×1017cm-3、上限として2×1018cm-3の範囲である。
FIG. 1 is an example of a semiconductor device of the present invention, and is an explanatory view of the device manufactured in the example. When manufacturing the apparatus of the present invention, it is usually constructed on a single crystal substrate. The
そして第1クラッド層上に、第1導電型のAlGaInP系化合物からなる厚さ0.5μm以下の第2クラッド層104が積層されている。この層の厚さのより好ましい下限としては0.01μm以上であり、上限としては0.3μmである。そしてそのキャリア濃度としては、1×1017cm-3〜3×1018cm-3の範囲が好ましく、特に好ましくは、下限として2×1017cm-3、上限として2×1018cm-3の範囲である。
A
この第2のクラッド層の上に第1又は第2導電型のAlGaInP又はGaInPからなる厚さ0.1μm未満の活性層105が積層される。活性層としては、量子井戸構造の活性層を用いてもよい。活性層のキャリア濃度は特に限定されず、むしろ特に不純物ドープをすることなく、アンドープの状態(この場合でもわずかに第1又は第2導電型になっている)であることが、素子の性能の安定化の点からより好ましい。
An
そしてかかる活性層の上に第2導電型のAlGaInP系化合物から成る厚さ0.5μm以下の第3クラッド層106が積層される。そしてそのキャリア濃度としては、1×1017cm-3〜3×1018cm-3の範囲が好ましく、特に好ましくは、下限として2×1017cm-3、上限として2×1018cm-3の範囲である。
On the active layer, a
さらにこの第3クラッド層の上に、第2導電型のAlGaAsP系化合物からなる第4クラッド層107を積層する。そしてその厚さとしては0.3〜3μmの範囲が好ましく、そしてより好ましい範囲は、下限として0.5μm、上限として1.5μmである。キャリア濃度としては、1×1017cm-3〜3×1018cm-3の範囲が好ましく、特に好ましくは、下限として2×1017cm-3、上限として2×1018cm-3の範囲である。
Furthermore, a
本発明に用いられる電流阻止層108は、活性層における電流密度を、素子に流す電流は変えずに増加させること等の理由により設けられる層である。電流阻止層の位置としては、特に限定されないが、平坦な活性層や良質のエピタキシャル成長層が得られやすいため、活性層からみて、基板の反対側にあることが、MOCVD法等の気相成長の場合好ましい。
The
又、活性層の側面に存在させることは、電流狭窄の点からは最良である。しかしながら活性層にダメージを与えやすいためより好ましくは、第3クラッド層の直前又は第3クラッド層の一部に電流阻止層が広がっている構造が好ましい。そして電流阻止層の導電型は、高抵抗のアンドープ層であるか、又は隣接するクラッド層と逆の導電型にすることが好ましい。また、あまり薄いと電流阻止に支障を生じる可能性があるため、0.1μm以上、より好ましくは0.5μm以上の厚さがあることが好ましく、素子としてのサイズ等を勘案して、0.1〜3μm程度の範囲から選択すればよい。そしてレーザ素子の特性向上のためには、該電流阻止層が、AlGaAsP又はAlGaAsからなり、かつ該電流阻止層の屈折率が、電流路となる該リッジ構造部分の屈折率よりも小さいことがより好ましい。 In addition, it is best to make it exist on the side surface of the active layer from the viewpoint of current confinement. However, since the active layer is easily damaged, a structure in which the current blocking layer extends just before the third cladding layer or a part of the third cladding layer is preferable. The conductivity type of the current blocking layer is preferably a high resistance undoped layer or a conductivity type opposite to that of the adjacent cladding layer. Further, if the thickness is too thin, current blocking may be hindered. Therefore, the thickness is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more. What is necessary is just to select from the range of about 1-3 micrometers. In order to improve the characteristics of the laser element, the current blocking layer is made of AlGaAsP or AlGaAs, and the refractive index of the current blocking layer is smaller than the refractive index of the ridge structure portion serving as a current path. preferable.
上述のクラッド層等のドーパントの種類としては、p型の層がAlGaAsP系化合物層である場合にはドーピング不純物として炭素を、p型の層がAlGaInP系化合物である場合にはドーピング不純物としてベリリウム及び/又はマグネシウムを用いる。又n型ドーピング不純物としてはシリコンが好ましい。 The types of dopants such as the cladding layer described above include carbon as a doping impurity when the p-type layer is an AlGaAsP-based compound layer, and beryllium and doping impurities when the p-type layer is an AlGaInP-based compound. Use magnesium. Silicon is preferable as the n-type doping impurity.
これ以外の層としては、キャップ層109、コンタクト層110、保護層112等を常法に従って作製すればよい。
以下本発明を実施例を用いてより詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、実施例に限定されるものではない。
As other layers, the
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, this invention is not limited to an Example, unless the summary is exceeded.
本発明によれば、AlGaInP又はGaInPからなる活性層を挟むクラッド層の構造及びP型クラッド層のドーパントを最適化することにより、発光素子の特性及び信頼性を向上させることができ、かつ原料コストの低減も可能となる。 According to the present invention, by optimizing the structure of the cladding layer sandwiching the active layer made of AlGaInP or GaInP and the dopant of the P-type cladding layer, the characteristics and reliability of the light emitting device can be improved, and the raw material cost can be improved. Can also be reduced.
以下、本発明の実施例を詳細に説明する。本実施例では、結晶成長法として、膜厚、組成の制御性及び量産性に優れるMOVPE法を用いた。使用した原料ガスはトリメチルアルミニウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)、ホスフィン(PH3)、アルシン(AsH3)であり、キャリアガスとして精製により高純度化された水素(H2)ガスを使用した。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In this example, a MOVPE method having excellent film thickness, composition controllability, and mass productivity was used as the crystal growth method. The source gases used were trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), phosphine (PH 3 ), arsine (AsH 3 ), and hydrogen (H 2 ) Gas was used.
図1に示すような本発明のレーザーダイオードの製造に用いるエピタキシャルウェハを以下に述べる手順で製造した。まず、n型GaAs(100)基板101上にn型GaAsバッファー層102(厚み0.5μm)、n型Al0.7 Ga0.3 As第1クラッド層103(厚み1.0μm)、n型(Al0.7 Ga0.3)0.5 In0.5 P第2クラッド層104(厚み0.2μm)、Ga0.5 In0.5 P活性層105(厚み0.06μm)、
p型(Al0.7 Ga0.3)0.5 In0.5 P第3クラッド層106(厚み0.2μm)、p型Al0.7 Ga0.3 As第4クラッド層107(厚み1.0μm)、p型GaAsキャップ層109(厚み0.2μm)を順次成長させた(図3)。
An epitaxial wafer used for manufacturing the laser diode of the present invention as shown in FIG. 1 was manufactured according to the procedure described below. First, an n-type GaAs buffer layer 102 (thickness 0.5 μm), an n-type Al 0.7 Ga 0.3 As first cladding layer 103 (thickness 1.0 μm), and an n-type (Al 0.7 Ga) are formed on an n-type GaAs (100) substrate 101. 0.3 ) 0.5 In 0.5 P second cladding layer 104 (thickness 0.2 μm), Ga 0.5 In 0.5 P active layer 105 (thickness 0.06 μm),
p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P third cladding layer 106 (thickness 0.2 μm), p-type Al 0.7 Ga 0.3 As fourth cladding layer 107 (thickness 1.0 μm), p-type GaAs cap layer 109 ( A thickness of 0.2 μm) was sequentially grown (FIG. 3).
次に、リッジを形成するためにリッジを形成する部分にSiNx膜111を形成した。続いて、第4クラッド層107及びキャップ層109をエッチングし、第3クラッド層106の表面でエッチングを停止させた。その結果、図4に示すようなリッジが形成された。
このときGaAsキャップ層及びAlGaAsクラッド層のエッチングには、リン酸−過酸化水素系、酒石酸−過酸化水素系などが用いられる。これらのエッチングでは、AlGaInPのエッチングレートはAlGaAsに比べて非常に遅くなるため、制御性よくリッジ外側の部分の層厚を決めることができる。
Next, in order to form a ridge, a
At this time, phosphoric acid-hydrogen peroxide system, tartaric acid-hydrogen peroxide system, or the like is used for etching the GaAs cap layer and the AlGaAs cladding layer. In these etchings, since the etching rate of AlGaInP is much slower than that of AlGaAs, the thickness of the portion outside the ridge can be determined with good controllability.
リッジが形成されたウェハをMOCVD装置に設置して、図5に示すように、n型Al0.8 Ga0.2 As層108を電流阻止層として、キャップ層109を含むリッジ部の側面及びエッチングされた層107上にMOCVD法により0.8μm成長させる。
さらに電流阻止層108上に保護層としてn型GaAs層112を0.2μm成長させた。このとき、Al0.8 Ga0.2 As層のSiNx膜上への多結晶の堆積を抑制する為に成長中に微量のHClガスを成長空間に導入した。
The wafer on which the ridge is formed is set in an MOCVD apparatus, and as shown in FIG. 5, the side surface of the ridge portion including the
Further, an n-
図1に示すようにSiNx膜111を除去した後、p型GaAsコンタクト層110を2μm成長させて本発明のエピタキシャルウェハの製造を終了した。
得られたエピタキシャルウェハに電極を蒸着した後、ダイシングし、劈開により、ファブリー・ペロー面を形成してレーザダイオードを作成した。しきい値電流は20mAと非常に低く、かつ面内での均一性も2インチウェハで±5%程度と非常に良好であった。さらに従来のAlGaInPリッジに対してAlGaAsをリッジに用いたことにより、素子抵抗も約半分に低減できた。
After removing the
An electrode was deposited on the obtained epitaxial wafer, then diced, and cleaved to form a Fabry-Perot surface to produce a laser diode. The threshold current was as very low as 20 mA, and the in-plane uniformity was very good at about ± 5% for a 2-inch wafer. Furthermore, by using AlGaAs for the ridge as compared with the conventional AlGaInP ridge, the element resistance can be reduced to about half.
上記実施例における結晶成長条件は、成長温度650〜750℃、圧力102 hPa、V/III 比25〜50(AlGaAs)及び500〜750(AlGaInP,GaInP)、成長速度1〜5μm/hr(AlGaAs)及び0.5〜2μm/hr(AlGaInP,GaInP)であった。
上記実施例では基板側をn型の基板を用いたが、p型基板を用いて上記の構造の各層の導電型を反転させてエピタキシャルウェハを作製させてもよい。また、結晶成長法はMOVPE法に限定されるものではなく、MBE法、CBE法等の気相成長法においても本発明は大いに有効である。
The crystal growth conditions in the above examples are as follows: growth temperature 650-750 ° C., pressure 10 2 hPa, V / III ratio 25-50 (AlGaAs) and 500-750 (AlGaInP, GaInP), growth rate 1-5 μm / hr (AlGaAs ) And 0.5-2 μm / hr (AlGaInP, GaInP).
In the above embodiment, an n-type substrate is used on the substrate side. However, an epitaxial wafer may be manufactured by inverting the conductivity type of each layer of the above structure using a p-type substrate. Further, the crystal growth method is not limited to the MOVPE method, and the present invention is also very effective in a vapor phase growth method such as an MBE method or a CBE method.
半導体レーザにおいては活性層の膜厚が比較的薄いために(通常0.1μm以下)、亜鉛およびセレンのような拡散係数の大きい不純物をドーパントに用いると、クラッド層のドーパントが、活性層を通りこして反対側の層へ拡散してしまい、レーザ特性を大きく劣化させてしまったり、再現性を大きく損なうという問題を生じ易かった。Zn拡散を抑制するための方法として、n側クラッドのキャリア濃度を上げることを試みたが、表面モホロジー不良や非発光センターの増大等の結晶品質の劣化により、素子特性を悪化させてしまった。そこで、本発明のようにAlGaInPクラッド層の厚みを極力薄くすることにより、トータルの不純物拡散量を低減させることができ、拡散を防止するための余分なドービングが不要になった。そのためにn型クラッド層のキャリア濃度を1×1018cm−3以下に抑えることができ、結晶品質及び素子特性を向上できる。 In semiconductor lasers, the active layer is relatively thin (usually 0.1 μm or less), so if an impurity with a large diffusion coefficient such as zinc or selenium is used as the dopant, the dopant in the cladding layer passes through the active layer. As a result, it diffuses to the opposite layer, which easily deteriorates the laser characteristics and greatly deteriorates the reproducibility. As a method for suppressing Zn diffusion, an attempt was made to increase the carrier concentration of the n-side cladding, but the device characteristics were deteriorated due to deterioration of crystal quality such as poor surface morphology and increase of non-luminescent center. Therefore, by reducing the thickness of the AlGaInP cladding layer as much as possible as in the present invention, the total impurity diffusion amount can be reduced, and unnecessary doving for preventing diffusion is unnecessary. Therefore, the carrier concentration of the n-type cladding layer can be suppressed to 1 × 10 18 cm −3 or less, and the crystal quality and device characteristics can be improved.
活性層を量子井戸構造等のような超薄膜にすると、上述の不純物の拡散の抑制はますます必要となる。そこで本発明では、p型AlGaAsP系化合物クラッド層のドーピング不純物として炭素を、p型AlGaInP系化合物クラッド層のドーピング不純物としてベリリウムあるいはマグネシウムを、n型AlGaAsP系化合物クラッド層及びn型AlGaInP系化合物クラッド層のドーピング不純物としてシリコンをそれぞれ用いることにより不純物拡散をさらに低減させ、素子作製の歩留りや再現性を大きく向上させることができる。 If the active layer is an ultra-thin film such as a quantum well structure, it is more and more necessary to suppress the diffusion of impurities as described above. Therefore, in the present invention, carbon is used as the doping impurity of the p-type AlGaAsP-based compound cladding layer, beryllium or magnesium is used as the doping impurity of the p-type AlGaInP-based compound cladding layer, and the n-type AlGaAsP-based compound cladding layer and the n-type AlGaInP-based compound cladding layer. By using silicon as each doping impurity, impurity diffusion can be further reduced, and the yield and reproducibility of device fabrication can be greatly improved.
又、AlGaAsP系化合物はAlGaInP系化合物と比較して、抵抗率が低い、熱抵抗が低い等の利点も有しており、電流狭窄のために形成されるリッジ部をAlGaAsP系化合物にすることにより、従来の素子構造に比べて素子の動作電圧及び発熱を低減することができた。このことにより、素子の特性や信頼性の向上もはかることができた。 In addition, the AlGaAsP-based compound has advantages such as lower resistivity and lower thermal resistance than the AlGaInP-based compound. By using an AlGaAsP-based compound as the ridge portion formed for current confinement. As compared with the conventional element structure, the operating voltage and heat generation of the element can be reduced. As a result, the characteristics and reliability of the element could be improved.
さらに、AlGaInP系化合物に特有な原子配列の秩序化によるバンドギャップの減少の抑制、すなわち発光波長の長波長化の抑制、あるいは表面モホロジーの良化及び安定化に関しては面方位を(100)から〔011〕方向に5〜25度傾斜させた第1導電型のGaAs基板を用いることが有効である。
また、発光層のAl組成の低減化は、素子の信頼性、寿命の向上の点で重要であるが、これは、GaAsP基板を用いることにより容易に達成することができる。このときは、格子整合を取るためにAlGaAsPクラッドを用いればよい。
Furthermore, the surface orientation can be changed from (100) for the suppression of the band gap reduction by ordering of the atomic arrangement peculiar to the AlGaInP compound, that is, the suppression of the longer emission wavelength, or the improvement and stabilization of the surface morphology. [011] It is effective to use a GaAs substrate of the first conductivity type inclined by 5 to 25 degrees in the direction.
Further, reduction of the Al composition of the light emitting layer is important in terms of improving the reliability and life of the device, but this can be easily achieved by using a GaAsP substrate. In this case, an AlGaAsP clad may be used for lattice matching.
さらに、本発明により成長時間及び原料コストの低減かつ除害等の装置への負担の軽減を大いにはかることができ、多数枚同時成長可能な大型の量産装置による安定生産が可能となる。 Furthermore, according to the present invention, the growth time and raw material cost can be reduced and the burden on the apparatus such as detoxification can be greatly reduced, and stable production by a large-scale mass production apparatus capable of simultaneously growing a large number of sheets becomes possible.
101 基板
102 バッファ層
103 第1クラッド層
104 第2クラッド層
105 活性層
106 第3クラッド層
107 第4クラッド層
108 電流阻止層
109 キャップ層
110 コンタクト層
111 SiNx膜
112 保護層
DESCRIPTION OF
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2005
- 2005-06-06 JP JP2005165917A patent/JP2005260277A/en active Pending
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A131 | Notification of reasons for refusal |
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A02 | Decision of refusal |
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