JP2007042943A - 半導体光素子 - Google Patents
半導体光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007042943A JP2007042943A JP2005226944A JP2005226944A JP2007042943A JP 2007042943 A JP2007042943 A JP 2007042943A JP 2005226944 A JP2005226944 A JP 2005226944A JP 2005226944 A JP2005226944 A JP 2005226944A JP 2007042943 A JP2007042943 A JP 2007042943A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor layer
- iii
- semiconductor
- compound semiconductor
- 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
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 132
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 50
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 45
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 21
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 11
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 9
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 9
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- 108091006149 Electron carriers Proteins 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S2304/00—Special growth methods for semiconductor lasers
- H01S2304/04—MOCVD or MOVPE
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
- H01S5/3086—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure doping of the active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/3235—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers
- H01S5/32358—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers containing very small amounts, usually less than 1%, of an additional III or V compound to decrease the bandgap strongly in a non-linear way by the bowing effect
- H01S5/32366—(In)GaAs with small amount of N
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34306—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000nm, e.g. InP based 1300 and 1500nm lasers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
【課題】窒素およびヒ素を含むIII−V化合物半導体の結晶中の水素の影響を低減可能な半導体光素子を提供する。
【解決手段】半導体光素子11は、第1導電型III−V化合物半導体層13と、第2導電型III−V化合物半導体層15と、活性領域17とを備える。第1導電型III−V化合物半導体層13は、基板19上に設けられている。第2導電型III−V化合物半導体層15は、基板19上に設けられている。活性領域17は、第1導電型III−V化合物半導体層13と第2導電型III−V化合物半導体層15との間に設けられており、またV族として窒素(N)およびヒ素(As)を含むIII−V化合物半導体層21を有する。III−V化合物半導体層21の水素濃度は6×1016cm−3を越えており、III−V化合物半導体層21には、n型ドーパント23が添加されている。
【選択図】図1
【解決手段】半導体光素子11は、第1導電型III−V化合物半導体層13と、第2導電型III−V化合物半導体層15と、活性領域17とを備える。第1導電型III−V化合物半導体層13は、基板19上に設けられている。第2導電型III−V化合物半導体層15は、基板19上に設けられている。活性領域17は、第1導電型III−V化合物半導体層13と第2導電型III−V化合物半導体層15との間に設けられており、またV族として窒素(N)およびヒ素(As)を含むIII−V化合物半導体層21を有する。III−V化合物半導体層21の水素濃度は6×1016cm−3を越えており、III−V化合物半導体層21には、n型ドーパント23が添加されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体光素子に関する。
非特許文献1には、MBE法で成長されたGaInNAsとMOCVD法で成長されたGaInNAsとの結晶性の比較が記載されている。MOCVD法で成長されたGaInNAsの水素濃度は1×1019cm−3以上であり、一方、MBE法で成長されたGaInNAsの水素濃度は、二次イオン質量分析における検出限界以下(6×1016cm−3)である。
非特許文献2には、MBE法で成長されたGaInNAs系半導体レーザの長期通電試験の結果を示す。この半導体レーザでは、1000時間以上の通電の後でも、半導体レーザの特性に劣化がない。
非特許文献3には、MBE法で成長されたGaInNAs結晶への水素イオン注入の効果について記載されている。GaInNAs結晶中の水素濃度が大きいほど、バンドギャップEgは大きくなり、またフォトルミネッセンス強度は低下する。Nクラスタと水素原子との結合が非発光中心を形成している。
非特許文献4には、GaPNに関して、N−H結合およびN−H2結合の形成とフェルミ準位の関係について記載されている。GaPN結晶中の窒素と水素との結合状態の理論計算を示している。
A. J.Ptak et al., J.Cryst. Growth 251 (2003) 392-398 MasahikoKONSOW et al., Jpn.J. Appl. Phys. 38 (1999) L A. Polimeni, et al., Phys. Rev. B 63 (2001) 201304(R) A.Amore Bonapasta et al., Phys.Rev. B 69 (2004) 1152071355-1356
A. J.Ptak et al., J.Cryst. Growth 251 (2003) 392-398 MasahikoKONSOW et al., Jpn.J. Appl. Phys. 38 (1999) L A. Polimeni, et al., Phys. Rev. B 63 (2001) 201304(R) A.Amore Bonapasta et al., Phys.Rev. B 69 (2004) 1152071355-1356
MOCVD法で成長されたGaInNAs結晶には、不可避的に水素が含まれる。この水素は、GaInNAs結晶のフォトルミネッセンス強度を低下させる。また、MBE法で成長されたGaInNAs結晶を用いた半導体レーザでは、通電により半導体レーザの特性の劣化が小さい。
望まれていることは、GaInNAsおよびGaNAsといった、窒素およびヒ素を含むIII−V化合物半導体の結晶中の水素の影響を低減することである。
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、窒素およびヒ素を含むIII−V化合物半導体の結晶中の水素の影響を低減可能な半導体光素子を提供することを目的とする。
本発明の一側面によれば、半導体光素子は、(a)基板上に設けられた第1導電型III−V化合物半導体層と、(b)前記基板上に設けられた第2導電型III−V化合物半導体層と、(c)前記第1導電型III−V化合物半導体層と前記第2導電型III−V化合物半導体層との間に設けられており、V族として窒素およびヒ素を含むIII−V化合物半導体層を有する活性領域とを備え、前記活性領域の前記III−V化合物半導体層の水素濃度は6×1016cm−3を越えており、前記活性領域の前記III−V化合物半導体層には、n型ドーパントが添加されている。
この半導体光素子によれば、活性領域がn型になっていれば、非発光中心が形成されない。この半導体光素子では、通電による劣化が起こりにくい。活性領域のn型領域では、N−H2結合がN−H結合より優先的に形成され、これ故に、III族原子のダングリングボンドが生成されることなくN−H結合に起因する非発光中心の増加が抑制される。
本発明に係る半導体光素子では、前記n型ドーパントの濃度は3×1018cm−3以下であることができる。この半導体光素子によれば、半導体光素子に係る光が自由キャリアの吸収されることによって、該半導体光素子の特性が劣化することが低減される。
本発明に係る半導体光素子では、前記活性領域のIII−V化合物半導体層は、III族原子としてGa、B、Al、In、Tlのいずれかを含み、V族原子としてAs、Nを含み、P、Sb、Biのいずれかを含んでも良い。特に、本発明に係る半導体光素子では、前記活性領域のIII−V化合物半導体層として、GaInNAs半導体、GaNAs半導体、またはGaInNAsSb半導体を用いることができる。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、窒素およびヒ素を含むIII−V化合物半導体の結晶中の水素の影響を低減可能な半導体光素子が提供される。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の半導体光素子に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図1は、本実施の形態に係る半導体光素子の構造を示す図面である。図1(A)を参照すると、半導体光素子11は、第1導電型III−V化合物半導体層13と、第2導電型III−V化合物半導体層15と、活性領域17とを備える。第1導電型III−V化合物半導体層13は、基板19上に設けられている。第2導電型III−V化合物半導体層15は、基板19上に設けられている。活性領域17は、第1導電型III−V化合物半導体層13と第2導電型III−V化合物半導体層15との間に設けられており、またV族として窒素(N)およびヒ素(As)を含むIII−V化合物半導体層21を含む。III−V化合物半導体層21の水素濃度は6×1016cm−3を越えており、III−V化合物半導体層21には、n型ドーパント23が添加されている。
この半導体光素子11によれば、活性領域17がn型になっていれば、N−H2結合がN−H結合より優先的に形成される。これ故に、非発光中心が形成されず、通電による劣化の起こりにくい半導体光素子11が得られる。これ故に、III族原子のダングリングボンドが生成されることなくN−H結合に起因する非発光中心の増加が抑制される。したがって、発光効率の劣化が低減される。
半導体光素子11の活性領域17は、バルクの活性領域に限定されることなく、量子井戸構造を有することができる。例えば、図1(B)に示されるように、活性領域17は、V族として窒素(N)およびヒ素(As)を含むIII−V化合物半導体から成る井戸層22および障壁層24を含む。井戸層22には、n型ドーパント23が添加されている。
また、半導体光素子11は、活性領域17と第1導電型III−V化合物半導体層13との間に設けられた第1の光閉じ込め層27を含む。半導体光素子11は、活性領域17と第2導電型III−V化合物半導体層15との間に設けられた第2の光閉じ込め層29を含む。この構造によれば、キャリアの閉じ込めと光の閉じ込めとを別個に行うことができる。
半導体光素子11では、基板19は導電性を有している。基板19としては、GaAs表面を有しており、例えばGaAs基板を用いることができる。必要な場合には、基板19のGaAs表面19a上には、バッファ層31が設けられていることができる。半導体光素子11は、第2導電型III−V化合物半導体層15上に設けられたコンタクト層33を含むことができる。コンタクト層33は、発光領域に電流を注入するためにストライプ形状を成すことができる。コンタクト層33に覆われていない第2導電型III−V化合物半導体層15上には、絶縁膜35が設けられている。コンタクト層33上には、アノード電極といった第1の電極37が設けられている。導電性の基板19の裏面19bには、カソード電極といった第2の電極39が設けられている。
半導体光素子11では、窒素および砒素を含むn型活性層を用いているので、活性層中に水素が含まれていても通電により優先的にN−H2結合が形成され、N−H結合は形成されにくい。N−H結合はIII族原子のダングリングボンドを誘発し、非発光中心が形成され結晶の劣化が起こるのに対し、N−H2結合はIII族原子のダングリングボンドを生成しないので非発光中心が生成されにくい。従って、通電による劣化の少なく優れた信頼性を示す活性領域を得ることができる。また、発光効率にも優れる。なお、半導体光素子の作製にはMOVPE成長炉が用いられるが、通常、窒素および砒素を含む半導体では水素が混入しやすく、N−H結合が形成される可能性がある。これに対し、n型活性層を用いることによってN−H結合の発生が低減される。MOVPE法はMBE法に比べて高スループットであり、低コスト半導体装置の作製が可能となる。
半導体光素子11では、半導体層21のn型ドーパント23の濃度は1×1015cm−3以上であることができる。この半導体光素子11によれば、III族原子のダングリングボンドが生成されない。半導体光素子11では、半導体層21のn型ドーパント23の濃度は3×1018cm−3以下であることができる。或いは、井戸層22のn型ドーパント23の濃度は3×1018cm−3以下であることができる。この半導体光素子11によれば、半導体光素子11に係る光が自由キャリアの吸収されることによって、該半導体光素子11の特性が劣化することが低減される。
半導体光素子11によれば、活性領域17は、III族原子としてGa、B、Al、In、Tlのいずれかを含み、V族原子としてAs、Nを含み、P、Sb、Biのいずれかを含んでもよいIII−V化合物半導体層を備えることができる。特に、GaInNAs半導体、GaNAs半導体、またはGaInNAsSb半導体を用いることができる。半導体層21は、例えば、GaInNAs半導体、GaNAs半導体、またはGaInNAsSb半導体からなることができる。
半導体光素子11の一例の半導体レーザでは、
第1導電型III−V化合物半導体層13:n−AlGaAsクラッド層
第2導電型III−V化合物半導体層15:p−AlGaAsクラッド層
基板19:n型GaAs基板
活性領域17
井戸層21:n−GaInNAs層
障壁層24:アンドープGaAs層
第1の光閉じ込め層27:アンドープGaAs層
第2の光閉じ込め層29:アンドープGaAs層
バッファ層31:n型GaAs層
コンタクト層33:p型GaAs層
第1の電極37:アノード電極
第2の電極39:カソード電極
である。
第1導電型III−V化合物半導体層13:n−AlGaAsクラッド層
第2導電型III−V化合物半導体層15:p−AlGaAsクラッド層
基板19:n型GaAs基板
活性領域17
井戸層21:n−GaInNAs層
障壁層24:アンドープGaAs層
第1の光閉じ込め層27:アンドープGaAs層
第2の光閉じ込め層29:アンドープGaAs層
バッファ層31:n型GaAs層
コンタクト層33:p型GaAs層
第1の電極37:アノード電極
第2の電極39:カソード電極
である。
(実施例)
図2(A)に示されるように、減圧MOVPE法によりGaInNAs/GaAs二重量子井戸(Double Quantum Well:DQW)を活性領域とするレーザ構造を有するエピタキシャル基板を作製する。基板として、SiドープGaAs(100)2゜オフ基板41を用いる。ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)および砒素(As)の各原料として、TEGa、TMIn、DMHy、TBAsを用いる。シリコン(Si)および亜鉛(Zn)の各原料として、TeESiおよびDEZnを用いる。GaAs基板41上に、n型AlGaAsクラッド層43を形成する。必要な場合には、n型AlGaAsクラッド層43の形成に先だって、GaAsバッファ層45をGaAs基板上に成長する。アンドープGaAsSCH層47を形成した後に、活性領域49を形成する。n型クラッド層にはドーパントとしてSiを用いる。
図2(A)に示されるように、減圧MOVPE法によりGaInNAs/GaAs二重量子井戸(Double Quantum Well:DQW)を活性領域とするレーザ構造を有するエピタキシャル基板を作製する。基板として、SiドープGaAs(100)2゜オフ基板41を用いる。ガリウム(Ga)、インジウム(In)、窒素(N)および砒素(As)の各原料として、TEGa、TMIn、DMHy、TBAsを用いる。シリコン(Si)および亜鉛(Zn)の各原料として、TeESiおよびDEZnを用いる。GaAs基板41上に、n型AlGaAsクラッド層43を形成する。必要な場合には、n型AlGaAsクラッド層43の形成に先だって、GaAsバッファ層45をGaAs基板上に成長する。アンドープGaAsSCH層47を形成した後に、活性領域49を形成する。n型クラッド層にはドーパントとしてSiを用いる。
活性領域49は二重量子井戸構造(DQW)を有する。活性領域49の作製では、厚さ7nmの井戸層、厚さ8nmの障壁層を形成する。井戸層の組成は、Ga0.66In0.34N0.01As0.99から成る。GaInNAsの井戸層には、2×1017cm−3の濃度のシリコンがドーピングされている。SIMS分析の結果から、結晶成長中に取り込まれた炭素(C)濃度は1×1017cm−3程度である。結果として、GaInNAs井戸層の電子キャリア濃度は、1×1017cm−3である。GaInNAs井戸層にシリコンを意図的に添加したレーザ構造を有するエピタキシャル基板の作製では、成長温度として摂氏510度を用い、成長速度として0.9μm/hとして、[DMHy]/([DMHy]+[TBAs])は0.99であり、成長圧力は10132Pa(76Torr)である。
活性領域49上に、アンドープGaAsSCH層51を形成する。アンドープGaAs光閉じ込め層51を形成した後に、p型AlGaAsクラッド層53を形成する。SCH層およびクラッド層の厚さは、それぞれ、140nmおよび1.5μmである。p型クラッド層にはドーパントZnを用いる。p型クラッド層53の成長後、厚さ0.2μmのp型GaAsコンタクト層55を成長する。
別に、GaInNAs井戸層にシリコンを意図的に添加しないレーザ構造を有するエピタキシャル基板を作製する。このエピタキシャル基板の井戸層には、キャリア濃度1×1017cm−3の炭素(C)がエピタキシャル成長中に不可避的に取り込まれて、p導電型になっている。いずれのエピタキシャル基板も、エピタキシャル成長終了後、GaInNAs井戸層の光学特性向上のために、MOVPE炉中で摂氏670度、10分のアニール処理を行う。
このように成長したエピタキシャル基板をgain-guide型半導体レーザに加工する。図2(B)に示されるように、フォトリソグラフィー法によりフォトレジストでパターンを形成した後、メサエッチングによりコンタクト層55を加工して、ストライプ状のコンタクト層55aを作製する。ストライプ幅は例えば5μmである。その後に、図3(A)に示されるように、プラズマCVD法により、シリコン窒化膜といった絶縁膜をウェハ全面に形成する。フォトリソグラフィー法により、ストライプ状のコンタクト層55aの上だけフォトレジストの無いレジストマスクを形成する。コンタクト層55aをストライプ上にマスクを形成する。このマスクを用いて、ストライプ上の絶縁膜を除去して保護膜57を形成する。図3(B)に示されるように、コンタクト層55a上にアノード電極59を形成すると共に、GaAs基板の裏面にカソード電極61を形成する。これらの工程により、レーザ作製を完了する。
ウェハプロセスが完了した後に、共振器長600μm幅でへき開して、レーザバーを作製する。このレーザバーを用いてレーザ特性評価および長期通電試験を行う。
図4は、意図的にSiドープしたGaInNAs井戸層を含む半導体レーザAの電流−光出力の特性線Sと、SiドープしていないGaInNAs井戸層を含む半導体レーザBの電流−光出力の特性線Cとを示す図面である。これらの特性線は、摂氏25度において測定される。特性線Sおよび特性線Cを比較すると、半導体レーザAの閾値電流が低く、かつ、スロープ効率も高い。
図5は、半導体レーザAおよび半導体レーザBの長期通電試験の結果を示す図面である。長期通電試験の条件は、100mAの通電電流、環境温度摂氏25度である。半導体レーザBの長期通電試験の結果によれば、通電初期から光出力が低下し劣化が顕著である。一方、半導体レーザAの長期通電試験の結果によれば、1000時間以上光出力が安定し通電劣化が少ない。以上の結果から、n型GaInNAsを用いると、初期特性だけでなく信頼性にも優れたレーザを作製できる。
MOVPE法でIII−V化合物半導体を成長すると、不可避的に水素(H)および炭素(C)が結晶中に含まれる。この水素濃度は、III−V化合物半導体の種類にも依存するかもしれないが、例えば1×1018cm―3を越えている。MOVPE法によるGaInNAsの成長では成長時に炭素(C)が不可避的に混入するので、n型不純物をドーピングしない場合、p型のGaInNAsが形成される。そのため、成長時の雰囲気から取り込まれる水素(H)と窒素(N)の結合はN−H結合が支配的となって、III族原子のダングリングボンド欠陥が誘発される。該ダングリングボンド欠陥が非発光中心として働き、その結果、レーザ発振に必要な電流値(閾値電流)が高くなり、また注入電流と光出力の変換効率(スロープ効率)も低下すると考えられる。
一方、GaInNAs中において、そのキャリア濃度によってNとHの形成エネルギーが異なっており、n型ではN−H2結合がN−H結合よりも安定であると考えられる。半導体レーザAはn型GaInNAs層を含むので、成長時の雰囲気から取り込まれる水素(H)と窒素(N)の結合はN−H2結合が支配的となって、ダングリングボンド等の欠陥が生成されない。このため、非発光中心の生成が抑制される。故に、通常のアンドープGaInNAs層を含む半導体レーザに比べて、半導体レーザAの初期特性(低閾値電流、高スロープ効率)が優れている。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、例えば、半導体レーザといった半導体光素子を説明したけれども、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
11…半導体光素子、13…第1導電型III−V化合物半導体層、15…第2導電型III−V化合物半導体層、19…基板、17…活性領域、21…井戸層、24…障壁層、27…第1の光閉じ込め層、29…第2の光閉じ込め層、31…バッファ層、33…コンタクト層、37…第1の電極、39…第2の電極、
41…GaAs基板、43…n型AlGaAsクラッド層、45…GaAsバッファ層、47…アンドープGaAsSCH層、49…活性領域、51…アンドープGaAsSCH層、53…p型AlGaAsクラッド層、55…p型GaAsコンタクト層、55a…コンタクト層、57…保護膜、59…アノード電極、61…カソード電極
41…GaAs基板、43…n型AlGaAsクラッド層、45…GaAsバッファ層、47…アンドープGaAsSCH層、49…活性領域、51…アンドープGaAsSCH層、53…p型AlGaAsクラッド層、55…p型GaAsコンタクト層、55a…コンタクト層、57…保護膜、59…アノード電極、61…カソード電極
Claims (3)
- 基板上に設けられた第1導電型III−V化合物半導体層と、
前記基板上に設けられた第2導電型III−V化合物半導体層と、
前記第1導電型III−V化合物半導体層と前記第2導電型III−V化合物半導体層との間に設けられており、V族として窒素およびヒ素を含むIII−V化合物半導体層を有する活性領域と
を備え、
前記活性領域の前記III−V化合物半導体層の水素濃度は6×1016cm−3を越えており、
前記活性領域の前記III−V化合物半導体層には、n型ドーパントが添加されている、ことを特徴とする半導体光素子。 - 前記n型ドーパントの濃度は3×1018cm−3以下である、ことを特徴とする請求項1に記載された半導体光素子。
- 前記活性領域の前記III−V化合物半導体層は、GaInNAs半導体、GaNAs半導体またはGaInNAsSbからなる、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載された半導体光素子。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005226944A JP2007042943A (ja) | 2005-08-04 | 2005-08-04 | 半導体光素子 |
US11/497,524 US7508049B2 (en) | 2005-08-04 | 2006-08-02 | Semiconductor optical device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005226944A JP2007042943A (ja) | 2005-08-04 | 2005-08-04 | 半導体光素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007042943A true JP2007042943A (ja) | 2007-02-15 |
Family
ID=37716854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005226944A Pending JP2007042943A (ja) | 2005-08-04 | 2005-08-04 | 半導体光素子 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7508049B2 (ja) |
JP (1) | JP2007042943A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016111087A (ja) * | 2014-12-03 | 2016-06-20 | 株式会社豊田中央研究所 | 光半導体素子、光半導体装置および光半導体素子の実装方法 |
JP2021057557A (ja) * | 2019-10-02 | 2021-04-08 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | 点光源型発光ダイオード及びその製造方法 |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09283857A (ja) * | 1996-04-11 | 1997-10-31 | Ricoh Co Ltd | 半導体の製造方法及び半導体素子 |
JP2009010175A (ja) * | 2007-06-28 | 2009-01-15 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 受光素子およびその製造方法 |
US20100124980A1 (en) * | 2008-11-17 | 2010-05-20 | Acres-Fiore Patents | method for configuring casino operations |
US8893994B2 (en) | 2008-12-05 | 2014-11-25 | Fellowes, Inc. | Shredder with rotatable device for moving shredded materials adjacent the outlet |
US7942352B2 (en) * | 2008-12-05 | 2011-05-17 | Fellowes, Inc. | Shredder with rotatable device for moving shredded materials adjacent the outlet |
JPWO2015137374A1 (ja) * | 2014-03-11 | 2017-04-06 | 古河電気工業株式会社 | 半導体レーザ素子 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7180100B2 (en) * | 2001-03-27 | 2007-02-20 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
-
2005
- 2005-08-04 JP JP2005226944A patent/JP2007042943A/ja active Pending
-
2006
- 2006-08-02 US US11/497,524 patent/US7508049B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016111087A (ja) * | 2014-12-03 | 2016-06-20 | 株式会社豊田中央研究所 | 光半導体素子、光半導体装置および光半導体素子の実装方法 |
JP2021057557A (ja) * | 2019-10-02 | 2021-04-08 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | 点光源型発光ダイオード及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US7508049B2 (en) | 2009-03-24 |
US20070029542A1 (en) | 2007-02-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4572963B2 (ja) | Iii族窒化物系半導体発光素子、及びエピタキシャルウエハ | |
US8623683B2 (en) | Method of fabricating a nitride semiconductor light emitting device | |
JP2008109092A (ja) | 半導体発光素子 | |
EP2270879B1 (en) | Nitride semiconductor light emitting element and manufacturing method thereof | |
US20030022028A1 (en) | Group III nitride compound semiconductor device and group III nitride compound semiconductor light-emitting device | |
US20160064598A1 (en) | Ultraviolet light-emitting device | |
JPH06268259A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 | |
US20070008998A1 (en) | Semiconductor light emitting device | |
US7508049B2 (en) | Semiconductor optical device | |
JPH09293897A (ja) | 半導体素子とその製造方法 | |
JP2007184353A (ja) | 窒化物系化合物半導体素子の製造方法、および、窒化物系化合物半導体素子 | |
US6462354B1 (en) | Semiconductor device and semiconductor light emitting device | |
JP3269344B2 (ja) | 結晶成長方法および半導体発光素子 | |
JP2010010666A (ja) | 表面粗化した窒化ガリウム系発光素子 | |
KR20090011885A (ko) | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 | |
JP4261592B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子 | |
US6552376B1 (en) | Group III nitride compound semiconductor device | |
JP2008277867A (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
JP3763701B2 (ja) | 窒化ガリウム系半導体発光素子 | |
CN111326622A (zh) | 一种基于空穴调整层的发光二极管 | |
JP5607106B2 (ja) | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 | |
JP2006294706A (ja) | 半導体発光装置 | |
JP2000058980A (ja) | 窒化物系iii−v族化合物半導体の成長方法および半導体発光素子 | |
JP2007207929A (ja) | Iii−v化合物半導体光装置を作製する方法 | |
JP2007201145A (ja) | n型III族窒化物系化合物半導体層の成長方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081113 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081118 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090317 |