JP2007173620A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 活性層を含むp型ドーパント拡散部位を、結晶欠陥が少なくかつ結晶性の良好な結晶により構成し、p型ドーパントの活性層への拡散を防止し、半導体レーザ、半導体発光ダイオードなどとして有用な半導体発光素子を提供する。
【解決手段】 n−GaInP層6、n−AlGaInPクラッド層2、un−MQW活性層3、un−AlGaInPクラッド層7a、p−AlGaInP第1クラッド層7b、p−GaInPエッチストップ層8、p−AlGaInP第2クラッド層7c、p−GaInP中間層9、p−GaAsキャップ層10などを含む半導体発光素子1において、n−AlGaInPクラッド層2の表層2a、un−MQW活性層3、un−AlGaInPクラッド層7aおよび第1のp−AlGaInPクラッド層7bの比V/III比を300、他のAlGaInP系層の比V/IIIを150に制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】 n−GaInP層6、n−AlGaInPクラッド層2、un−MQW活性層3、un−AlGaInPクラッド層7a、p−AlGaInP第1クラッド層7b、p−GaInPエッチストップ層8、p−AlGaInP第2クラッド層7c、p−GaInP中間層9、p−GaAsキャップ層10などを含む半導体発光素子1において、n−AlGaInPクラッド層2の表層2a、un−MQW活性層3、un−AlGaInPクラッド層7aおよび第1のp−AlGaInPクラッド層7bの比V/III比を300、他のAlGaInP系層の比V/IIIを150に制御する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体発光素子の製造方法に関する。
従来から、有機金属化学気相成長法(MOCVD法)を利用してAlGaInP系化合物半導体を製造するに際し、Mg、ZnなどのP型ドーパントが用いられるけれども、いずれも結晶成長中、結晶成長後の熱処理中などに結晶内に拡散し易いという問題が広く認識されている。
このようなP型ドーパントの拡散を抑制するために、種々の半導体レーザが提案されている。たとえば、活性層とp型クラッド層との間に、p型ドーパントの拡散抑止層として、p型ドーパントが拡散し難いAl混晶比の小さいAlGaInP層、AlGaInP系結晶よりもp型ドーパントが拡散し難いAlGaAs系混晶層などを設けてなる半導体レーザ(たとえば、特許文献1〜2参照)などが提案されている。しかしながら、これらの従来技術のように、活性層およびp型クラッド層とは組成の異なる拡散抑止層を活性層とp型クラッド層との間に挿入すると、p型クラッド層の組成が制限され、p型クラッド層の組成として、p型クラッド層が活性層近傍で光の閉じ込め効果を充分に示す組成を採用できない。その結果、光閉じ込め設計が非常に困難になり、所望の放射光強度分布を有する半導体レーザが得られない。また、発光ダイオードとして用いる場合でも、Al混晶比の小さいAlGaInP層、AlGaAs系混晶層などが存在すると、光の透過率を減じて発光効率を低下させる。また、組成の異なる層を1層でも設けると層構成が複雑になり、生産コストが上昇する。
また、活性層とp型クラッド層との間に、p型ドーパントとともにSeをドーピングしてなるAlGaInP層、p型ドーパントとともにSiをドーピングしてなるAlGaInP層などのp型ドーパント拡散抑止層を設けてなる半導体レーザが提案されている(たとえば、特許文献3〜4参照)。ここで用いられるSeおよびSiはn型ドーパントである。すなわち、これらの従来技術における拡散抑止層は、p型ドーパントおよびn型ドーパントの両方をドーピングしてなるAlGaInPからなる層である。このような従来技術においては、n型ドーパントはp型ドーパントを補償するように作用するため、所望のキャリア濃度を得るためには、n型ドーパントのドープ量よりもp型ドーパントを多くドープする必要がある。しかしながら、ドープ量が多いほど結晶欠陥が多くなり、結晶性が悪化するので、良質な結晶を得るのが困難になる。その結果、半導体レーザとしての使用では閾値電流が高くなるという問題が生じ、半導体発光ダイオードとしての使用では発光強度が低下するという問題が生じる。
また、特許文献1〜4の技術の様に、組成の異なる結晶層、n型ドーパントをドーピングした層などを設けるのではなく、比較的単純な層構成でp型ドーパントの活性層への拡散を防止した半導体レーザが提案されている(たとえば特許文献5)。図12は、特許文献5に開示される半導体レーザ40の要部の構成を模式的に示す断面図である。半導体レーザ40は、n型GaAs基板41と、該基板41上に形成されるn型クラッド層42および活性層43と、該活性層43上にZn拡散抑止層として形成されるAlGaInPクラッド層44およびGaInP層45と、GaInP層45上に形成されるp型クラッド層46とを含み、図示しないけれどもp型クラッド層46の上にはさらにp型コンタクト層が順次形成される。この半導体レーザによれば、p型クラッド層46よりもp型ドーパントの拡散定数が低い材料で構成されるAlGaInPクラッド層44およびGaInP層45を設けることによって、Znの拡散がGaInP層45を経てAlGaInPクラッド層44で止まり、活性層43まで拡散するのが防止される。しかしながら、AlGaInPクラッド層44の一部はZnの拡散によりp型化されるけれども、その部分におけるドーピング界面が急峻にならないという問題がある。
図10は、p型ドーパントをドーピングしたp型ドープ層と、p型ドーパントをドーピングしないアンドープ層とが接触下にある場合の、両層の界面を基準にするp型ドーパント濃度の変化を模式的に示す図である。図において、横軸の「0」の位置が両層の界面である。両層の界面では、両層のp型ドーパント濃度が等しくなり、見掛け上p型ドーパントの拡散がない状態になる。また、縦軸のp型ドーパント濃度におけるAの濃度が、p型ドープ層におけるp型ドーパント濃度を示す。さらに、図中、破線は、アンドープ層がp型ドーパントの拡散定数が小さい材料で形成される場合のp型ドーパント濃度の変化を示し、一点破線は、アンドープ層が破線で示す場合よりもp型ドーパントの拡散定数が大きい材料で形成される場合のp型ドーパント濃度の変化を示す。図10から明らかなように、p型ドーパント濃度はp型ドープ層からアンドープ層に向けてなだらかな減少勾配を示す。このような減少勾配をp型ドーパント濃度の「だれ」と呼び、だれはアンドープ層を構成する結晶の拡散定数が大きくなるに従って一層なだらかになる。
n型クラッド層と、活性層(発光層)と、p型クラッド層とをこの順番で積層した基本構造を持つ半導体発光素子において、活性層とp型クラッド層との間でp型ドーパント濃度のだれがなだらかになり、p型クラッド層のp型ドーパント濃度が活性層に近づくにつれて徐々に低下すると、電流注入時にキャリアである電子を活性層に閉じ込めるというp型クラッド層の作用が弱くなるという現象が発生する。図11(a)は、n型クラッド層と活性層とp型クラッド層との積層構造を有する半導体発光素子において、活性層がp型ドーパントを拡散させない結晶で構成され、p型クラッド層から活性層へのp型ドーパントの拡散がない場合の、熱平衡時および電流注入時のエネルギ帯図である。図11(b)は、活性層がp型ドーパントの拡散定数が大きい結晶で構成され、p型クラッド層から活性層へのp型ドーパントの拡散がある場合の、熱平衡時および電流注入時のエネルギ帯図である。ただし、図11では説明を簡略化するために、バンド不連続によるノッチは図示を省略する。図11から、活性層がp型ドーパントを拡散させ得ない場合には、キャリアである電子eはp型クラッド層に漏れることなく、活性層においてキャリアである正孔hと結合するのに対し、活性層にp型ドーパントが拡散する場合は、p型クラッド層のp型ドーパント濃度が活性層との界面で低下してエネルギ障壁を充分に高めることができないため、活性層で正孔hと結合せずにp型クラッド層に漏れる電子eが現れる。その結果、たとえば半導体レーザでは閾値電流の増加、特に高温作動時の閾値電流の増加という不都合が生じる。また、LEDでは、発光効率の低下、特に高温作動時の発光効率の低下という不都合を生じる。
したがって、活性層においてp型ドーパントが拡散し易いか否かは、半導体レーザ、発光ダイオードなどの性能に大きな影響を及ぼす要因になる。p型ドーパントが拡散し易い結晶である否かは、その結晶の結晶性に拠るところが大きい。本発明者の研究によれば、結晶欠陥が多い結晶ほどp型ドーパント濃度の活性層界面におけるだれの度合が大きくなり、急峻性が低下する。Zn、Mgなどのp型ドーパントは、正常な結晶からP(リン)が脱落した状態の空孔などの結晶欠陥に入れ替わって拡散するものと考えられることから、結晶欠陥が多く結晶性の悪い結晶ほどp型ドーパントの拡散が多いと推測される。
本発明の目的は、p型ドーパントの拡散に係わる部位を結晶欠陥が少なく結晶性の良好な結晶により構成し、該部位におけるp型ドーパント濃度勾配が急峻になり、p型ドーパントの活性層への拡散が著しく低減化された半導体発光素子を提供することである。
本発明は、
基板を載置する気相成長系内にIII族元素の有機金属化合物とV族元素の有機金属化合物とを供給して、n型第1クラッド層、活性層、p型第2クラッド層およびV族元素とIII族元素とを含有する前記以外の層を含むAlGaInP系半導体発光素子を製造するに際し、
n型第1クラッド層、活性層およびp型第2クラッド層をこの順番で積層し、
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層が、
III族元素の有機金属化合物のモル流量で表される気相成長系内への供給量IIIと、V族元素の有機金属化合物のモル流量で表される気相成長系内への供給量Vとの比V/IIIが、他の層における比V/IIIよりも大きくなるようにV族元素の有機化合物およびIII族元素の有機化合物を供給して形成されることを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
基板を載置する気相成長系内にIII族元素の有機金属化合物とV族元素の有機金属化合物とを供給して、n型第1クラッド層、活性層、p型第2クラッド層およびV族元素とIII族元素とを含有する前記以外の層を含むAlGaInP系半導体発光素子を製造するに際し、
n型第1クラッド層、活性層およびp型第2クラッド層をこの順番で積層し、
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層が、
III族元素の有機金属化合物のモル流量で表される気相成長系内への供給量IIIと、V族元素の有機金属化合物のモル流量で表される気相成長系内への供給量Vとの比V/IIIが、他の層における比V/IIIよりも大きくなるようにV族元素の有機化合物およびIII族元素の有機化合物を供給して形成されることを特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
また本発明の半導体発光素子の製造方法は、
p型第2クラッド層は、活性層に接触する第1のp型第2クラッド層と、第1のp型第2クラッド層よりもAl混晶比の低い第3層と、第1のp型第2クラッド層と同じ組成を有する第2のp型第2クラッド層とをこの順番で積層して含む積層体であり、
p型第2クラッド層における比V/IIIを他の層よりも大きくして形成する層が、
第1のp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層、第3層および第2のp型第2クラッド層から選ばれる少なくとも1層であることを特徴とする。
p型第2クラッド層は、活性層に接触する第1のp型第2クラッド層と、第1のp型第2クラッド層よりもAl混晶比の低い第3層と、第1のp型第2クラッド層と同じ組成を有する第2のp型第2クラッド層とをこの順番で積層して含む積層体であり、
p型第2クラッド層における比V/IIIを他の層よりも大きくして形成する層が、
第1のp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層、第3層および第2のp型第2クラッド層から選ばれる少なくとも1層であることを特徴とする。
さらに本発明の半導体発光素子の製造方法は、
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層の活性層に接触する表層または第1のp型第2クラッド層もしくはその活性層に接触する表層の比V/IIIが、他の層における比V/IIIよりも大きいことを特徴とする。
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層の活性層に接触する表層または第1のp型第2クラッド層もしくはその活性層に接触する表層の比V/IIIが、他の層における比V/IIIよりも大きいことを特徴とする。
さらに本発明の半導体発光素子の製造方法は、
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層の比V/IIIが、200以上、400以下であることを特徴とする。
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層の比V/IIIが、200以上、400以下であることを特徴とする。
また本発明の半導体発光素子の製造方法は、
基板を載置する気相成長系内にIII族元素の有機金属化合物とV族元素の有機金属化合物とを供給して、n型第1クラッド層、活性層、p型第2クラッド層およびV族元素とIII族元素とを含有する前記以外の層を含むAlGaInP系半導体発光素子を製造するに際し、
n型第1クラッド層、活性層およびp型第2クラッド層をこの順番で積層し、
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層の成長速度が、他の層の成長速度よりも遅くなるように制御して形成されることを特徴とする。
基板を載置する気相成長系内にIII族元素の有機金属化合物とV族元素の有機金属化合物とを供給して、n型第1クラッド層、活性層、p型第2クラッド層およびV族元素とIII族元素とを含有する前記以外の層を含むAlGaInP系半導体発光素子を製造するに際し、
n型第1クラッド層、活性層およびp型第2クラッド層をこの順番で積層し、
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層の成長速度が、他の層の成長速度よりも遅くなるように制御して形成されることを特徴とする。
さらに本発明の半導体発光素子の製造方法は、
p型第2クラッド層が、活性層に接触する第1のp型第2クラッド層と、第1のp型第2クラッド層よりもAl混晶比の低い第3層と、第1のp型第2クラッド層と同じ組成を有する第2のp型第2クラッド層とをこの順番で積層して含む積層体であり、
p型第2クラッド層における成長速度を他の層よりも遅く制御して形成する層が、
第1のp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層、第3層および第2のp型第2クラッド層から選ばれる少なくとも1層であることを特徴とする。
p型第2クラッド層が、活性層に接触する第1のp型第2クラッド層と、第1のp型第2クラッド層よりもAl混晶比の低い第3層と、第1のp型第2クラッド層と同じ組成を有する第2のp型第2クラッド層とをこの順番で積層して含む積層体であり、
p型第2クラッド層における成長速度を他の層よりも遅く制御して形成する層が、
第1のp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層、第3層および第2のp型第2クラッド層から選ばれる少なくとも1層であることを特徴とする。
さらに本発明の半導体発光素子の製造方法は、
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層の成長速度が、0.5μm/h以上、2.0μm/h以下であることを特徴とする。
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層の成長速度が、0.5μm/h以上、2.0μm/h以下であることを特徴とする。
さらに本発明の半導体発光素子の製造方法は、
p型第2クラッド層が、
III族元素の有機金属化合物およびV族元素の有機金属化合物とともに、MgおよびZnの少なくとも1種であるドーパントを用いて形成されることを特徴とする。
p型第2クラッド層が、
III族元素の有機金属化合物およびV族元素の有機金属化合物とともに、MgおよびZnの少なくとも1種であるドーパントを用いて形成されることを特徴とする。
さらに本発明の半導体発光素子の製造方法は、
p型第2クラッド層の表層が、
III族元素の有機金属化合物およびV族の有機金属化合物のみから形成されることを特徴とする。
p型第2クラッド層の表層が、
III族元素の有機金属化合物およびV族の有機金属化合物のみから形成されることを特徴とする。
さらに本発明の半導体発光素子の製造方法は、活性層が多重量子井戸層であることを特徴とする。
さらに本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体発光素子が、半導体レーザであることを特徴とする。
さらに本発明の半導体発光素子の製造方法は、半導体発光素子が、半導体発光ダイオードであることを特徴とする。
本発明によれば、基板を載置する気相成長系内にIII族元素の有機金属化合物(以後「有機金属化合物(III)」と称す)とV族元素の有機金属化合物(以後「有機金属化合物(V)」と称す)とを供給し、n型第1クラッド層、活性層およびp型第2クラッド層ならびにこれらの層以外の層を含むAlGaInP系半導体発光素子を製造するに際し、(イ)p型ドーパントの拡散に係わる部位(以後「p型ドーパント拡散部位」と称す)をn型第1クラッド層、活性層およびp型第2クラッド層がこの順番で積層された構成とし、(ロ)n型第1クラッド層の活性層に接触する表層(以後特に断らない限り単に「n型第1クラッド層の表層」と称す)、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層(以後特に断らない限り単に「p型第2クラッド層の表層」と称す)のうちの少なくとも1層を、有機金属化合物(III)の気相成長系への供給量III(モル流量)と有機金属化合物(V)の気相成長系への供給量V(モル流量)との比V/IIIが、他の層における比V/IIIよりも大きくなるように制御して形成する半導体発光素子の製造方法が提供される。本発明の製造方法によれば、p型ドーパント拡散部位の結晶性が向上し、p型ドーパントの濃度勾配が急峻性の高いものとなり、結果的にp型ドーパントの活性層への拡散が著しく防止される。したがって、本発明の製造方法により得られる半導体発光素子は、電流注入時に、電子がp型第2クラッド層に漏れ難いので、半導体レーザとして用いる場合には閾値電流が低く、半導体発光ダイオードとして用いる場合には発光効率が高く、しかもこれらの特性は高温下での使用でも劣化することがない。
本発明によれば、本発明の半導体発光素子の製造方法において、p型第2クラッド層を、活性層に接触する第1のp型第2クラッド層と、第1のp型第2クラッド層よりもAl混晶比の低い第3層と、第1のp型第2クラッド層と同じAl混晶比を有する第2のp型第2クラッド層とをこの順番で積層して構成し、p型第2クラッド層における比V/IIIを他の層よりも大きくして形成する層が、第1のp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層(以後特に断らない限り単に「第1のp型第2クラッド層の表層」と称す)、第3層および第2のp型第2クラッド層から選ばれる少なくとも1層とすることができる。このような構成を採ることによって、p型クラッド層としての機能を低下させることなく、p型ドーパントの拡散が一層防止され、半導体発光素子の性能が長期にわたって高水準で保持される。
本発明によれば、p型ドーパント拡散部位を構成する各層の中でも、特に、n型第1クラッド層の表層、活性層およびp型第2クラッド層の表層または第1のp型第2クラッド層もしくはその活性層に接触する表層(以後特に断らない限り単に「第1のp型第2クラッド層の表層」と称す)の比V/IIIを、他の層の比V/IIIよりも大きくすることによって、p型ドーパントの拡散を効率的にかつ充分に防止できる。
本発明によれば、n型第1クラッド層の表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその表層の比V/IIIを200以上、400以下にすることによって、p型ドーパントの拡散が充分に防止された半導体発光素子を安定的に製造でき、半導体発光素子の不良品率が著しく低くなる。さらに、前記範囲であれば、原料ガスの気相反応系への供給を円滑にかつ低コストで半導体発光素子を製造できる。
本発明によれば、基板を載置する気相成長系内に有機金属化合物(III)と有機金属化合物(V)とを供給し、n型第1クラッド層、活性層およびp型第2クラッド層ならびにこれらの層以外の層を含むAlGaInP系半導体発光素子を製造するに際し、(イ)p型ドーパント拡散部位をn型第1クラッド層、活性層およびp型第2クラッド層がこの順番で積層された構成とし、(ロ)n型第1クラッド層の表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその表層のうちの少なくとも1層を、その成長速度が他の層の成長速度よりも遅くなるように制御することによっても、p型ドーパント拡散部位の結晶性が向上し、p型ドーパントの濃度勾配が急峻性の高いものとなり、結果的にp型ドーパントの活性層への拡散が著しく防止される。
本発明によれば、本発明の半導体発光素子の製造方法において、p型第2クラッド層を、活性層に接触する第1のp型第2クラッド層と、第1のp型第2クラッド層よりもAl混晶比の低い第3層と、第1のp型第2クラッド層と同じAl混晶比を有する第2のp型第2クラッド層とをこの順番で積層して構成し、p型第2クラッド層における成長速度を他の層の成長速度よりも遅くして形成する層が、第1のp型第2クラッド層またはその表層、第3層および第2のp型第2クラッド層から選ばれる少なくとも1層とすることができる。このような構成を採ることによって、p型クラッド層としての機能を低下させることなく、p型ドーパントの拡散防止効果がさらに向上し、半導体発光素子の性能が長期にわたって高水準で保持される。
本発明によれば、p型ドーパント拡散部位であるn型第1クラッド層の表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその表層から選ばれる少なくとも1層の成長速度を、他の層の成長速度よりも遅く制御し、好ましくは0.5μm/h以上、2.0μm/h以下にすることによって、p型ドーパント拡散部位の結晶性をさらに向上させ、結晶欠陥を一層減少させ、p型ドーパントの拡散部位における濃度勾配を一層急峻なものとすることができる。その結果、得られる半導体発光素子を半導体レーザ、半導体発光ダイオードなどに用いる場合の性能(閾値電流、発光効率など)のさらなる向上を図ることができ、また長期的にわたって高水準の性能が安定的に発揮される。
本発明によれば、有機金属化合物(III)および有機金属化合物(V)を用いてp型第2クラッド層を形成する際、p型ドーパントとしてMgおよび/またはZnを用いることによって、本発明の半導体発光素子のp型ドーパント拡散部位におけるp型ドーパントの拡散を効率的に防止できる。すなわち、本発明の方法によってp型ドーパント拡散部位に形成される結晶の結晶性が、p型ドーパントの中でも特にMgおよびZnの拡散防止に有効であることが判明した。したがって、p型ドーパントとしてMgおよび/またはZnを用いことによって、半導体レーザ、半導体発光ダイオードなどとして有用でありかつ高性能(閾値電流の低さ、発光効率の高さなど)の半導体発光素子が得られる。
本発明によれば、p型第2クラッド層の表層を、有機金属化合物(III)と有機金属化合物(V)のみから形成することによって、活性層にp型ドーパントが分散するのが顕著に防止される。
本発明によれば、活性層を多重量子井戸層として構成し、さらに本発明の製造方法の条件、たとえば、p型ドーパント拡散部位に含まれる層の少なくとも1層の比V/IIIを他の層よりも大きくすること、p型ドーパント拡散部位に含まれる層の少なくとも1層の成長速度を他の層よりも遅くすることなどを組み合わせることによって、p型ドーパント拡散部位の結晶性を、p型ドーパントの拡散防止を図る上で最適化できる。また、このようにすれば、本発明の半導体発光素子を効率良く製造でき、不良品率の著しい低減化を実現できる。
本発明によれば、本発明の製造方法により得られる半導体発光素子は、半導体レーザとして用いる場合に、閾値電流が低く、高温使用時でも閾値電流の低さが損なわれないという優れた性能を発揮する。
本発明によれば、本発明の製造方法により得られる半導体発光素子は、半導体発光ダイオードとして用いる場合、発光効率が高く、さらに輝度および鮮明度の高い光を発光でき、高温使用時でも前記諸性能が損なわれないという優れた性能を発揮する。
本発明は、気相成長系内に有機金属化合物(III)および有機金属化合物(V)、さらに必要に応じてn型またはp型ドーパントを供給して、n型第1クラッド層、活性層(発光層)およびp型第2クラッド層をこの順番で積層した積層構造をp型ドーパント拡散部位として含むAlGaInP系半導体発光素子を製造する方法であり、p型ドーパント拡散部位に含まれる3層のうちの少なくとも1層における、有機金属化合物(III)の供給量III(モル流量、モル/min)と、有機金属化合物(V)の供給量V(モル流量、モル/min)との比V/IIIが、それ以外の層における比V/IIIよりも大きくなるように制御することを特徴とする。
また、本発明のAlGaInP系半導体発光素子の製造方法においては、p型ドーパント拡散部位を構成する3層のうちの少なくとも1層の成長速度を、他の層の成長速度よりも遅くなるように制御することもできる。
また、本発明のAlGaInP系半導体発光素子の製造方法においては、p型ドーパント拡散部位を構成する3層のうちの少なくとも1層において、比V/IIIを他の層よりも大きくするとともに、その成長速度を他の層よりも遅くなるように制御してもよい。
ここで、本発明の制御を受けずに形成される他の層とは、制御の対象になる層を除く、AlGaInPの組成を有する層(AlGaInP系層)を意味する。
以後、比V/IIIを他の層よりも大きくする制御および成長速度を他の層よりも遅くする制御を、特に断らない限り、本発明の制御と総称する。
p型ドーパント拡散部位である積層構造のうち、n型第1クラッド層が本発明の制御の対象になる場合は、n型第1クラッド層は複数の薄層を積層して形成され、n型第1クラッド層を構成する複数の薄層のうち、活性層に接するように形成される薄層(n型第1クラッド層の表層)が、本発明の制御を受けて形成される。
活性層が本発明の制御の対象になる場合は、活性層全体が、本発明の制御を受けて形成される。
p型第2クラッド層が本発明の制御の対象になる場合は、p型第2クラッド層全体または複数の薄層の積層体として形成されるp型第2クラッド層の活性層に接するように形成される薄層(p型第2クラッド層の表層)が、本発明の制御を受けて形成される。また、p型第2クラッド層が、活性層に接触する第1のp型第2クラッド層と、第1のp型第2クラッド層よりもAl混晶比の低い第3層と、第1のp型第2クラッド層と同じ組成を有する第2のp型第2クラッド層とをこの順番で積層してなる積層構造である場合は、第1のp型第2クラッド層またはその表層、第3層および第2のp型第2クラッド層から選ばれる少なくとも1層、好ましくは第1のp型第2クラッド層またはその表層が、本発明の制御を受けて形成される。
n型第1クラッド層の表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその表層は、少なくとも1層が本発明の制御を受けて形成されればよいけれども、好ましくはこれら3つの層が本発明の制御を受けて形成されるのがよい。なお、これら3層のどの層を本発明の制御下に形成するかは、得ようとする半導体発光素子の用途、該半導体発光素子の設定性能、反応温度、反応速度、原料になる有機金属化合物およびドーパントの種類、製造コストなどの各種条件を勘案して適宜選択すればよい。
比V/IIIが他の層よりも大きくなるように制御して、n型第1クラッド層の表層、活性層およびp型第2クラッド層(もしくはその表層または第1のp型第2クラッド層もしくはその表層)の少なくとも1層を形成するに際し、該層における比V/IIIの値は特に制限されず、広い範囲から適宜選択できるけれども、好ましくは200以上、400以下である。比V/IIIをこの範囲から選択し、他の層の比V/IIIをそれよりも低くすることによって、p型ドーパント拡散部位の結晶性が向上し、p型ドーパントの拡散を防止し、該拡散部位におけるp型ドーパントの濃度勾配をより急峻性の高いものにすることができる。200未満では、p型ドーパントの拡散防止効果が不充分になるおそれがある。400を超えると却って結晶性が悪化するおそれがあり、さらに製造コストが大幅に上昇することから現実的ではない。
成長速度が他の層よりも遅くなるように制御して、n型第1クラッド層の表層、活性層およびp型第2クラッド層(もしくはその表層または第1のp型第2クラッド層もしくはその表層)の少なくとも1層を形成するに際し、該層における成長速度は特に制限されず、広い範囲から適宜選択できるけれども、好ましくは0.5μm/h以上、2.0μm/h以下である。0.5μm/h未満では結晶性が悪化するおそれがあり、一方2.0μm/hを超えて成長速度を上げても、p型ドーパント拡散防止効果のそれ以上の大幅な向上が認められず、不経済である。また、各層の膜厚の微妙な制御も困難になる。
成長速度は公知の方法に従って制御でき、たとえば、反応温度、原料ガスの供給量などを適宜変更することによって実施できる。p型ドーパント拡散部位においてどの層の成長速度を遅くするかは、得られる半導体発光素子の用途、該半導体発光素子の設定性能、成長速度を遅くする層の組成、原料になる有機金属化合物およびドーパントの種類、反応温度、製造コストなどの各種条件に応じて適宜選択すればよい。
本発明の製造方法において、基板には、好ましくはGaAs基板、さらに好ましくはn型GaAs基板が用いられる。
n型第1クラッド層、活性層およびp型第2クラッド層ならびに前記以外の層の形成に用いられる有機金属化合物(III)としては、Al、Ga、InなどのIII族元素を含む公知の有機金属化合物を使用でき、たとえば、トリメチルアルミニウム(以後「TMAl」と称す)、トリメチルガリウム(以後「TMGa」と称す)、トリメチルインジウム(以後「TMIn」と称す)などのアルキル系有機金属化合物などが挙げられる。有機金属化合物(V)としても、As、PなどのV族元素を含む公知の有機金属化合物を使用でき、たとえば、アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)などが挙げられる。有機金属化合物(III)および有機金属化合物(V)はガス状の形態で使用され、それぞれ、1種を単独でまたは2種以上を併用して使用できる。
n型ドーパントとしてはシリコン、ゲルマニウム、セレン、イオウなどが挙げられ、有機金属化合物の形態で気相成長系内に供給するのが好ましい。n型ドーパントを含む有機金属化合物としては公知のものを使用でき、たとえば、セレン化水素(H2Se)、シラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)などが挙げられる。
p型ドーパントとしては、好ましくは亜鉛、マグネシウムなどが挙げられ、n型ドーパントと同様に、有機金属化合物の形態で気相成長系内に供給するのが好ましい。p型ドーパントを含む有機金属化合物としては公知のものを使用でき、たとえば、ジエチル亜鉛(以後「DEZn」と称す)、ジメチル亜鉛(以後「DMZn」と称す)、シクロペンタジエニルマグネシウム(以後「Cp2Mg」と称す)などが挙げられる。
なお、活性層は多重量子井戸(MQW)層として構成するのが好ましい。
なお、活性層は多重量子井戸(MQW)層として構成するのが好ましい。
また、p型第2クラッド層は、有機金属化合物(III)および有機金属化合物(V)とともに、Zn、Mgなどのp型ドーパントを含むように形成するのが好ましい。p型第2クラッド層の表層は、有機金属化合物(III)と有機金属化合物(V)のみを用いて形成するのが好ましい。
本発明の製造方法においては、n型第1クラッド層、活性層、p型第2クラッド層、前記以外の構成層などの各層を気相成長させることによって、または気相成長させた後、必要に応じて、エッチング、フォトリソグラフィ、金属蒸着、切断などの公知の処理手段に従って加工することによって、本発明の半導体発光素子を製造できる。
n型第1クラッド層、活性層、p型第2クラッド層および前記以外の構成層の気相成長は、たとえば、一般的な有機金属化学気相成長(MOCVD)装置を用いて実施される。図9(a)は一般的な有機金属化学気相成長装置1(以後単に「気相成長装置1」と称す)の構成を模式的に示す断面図である。図9(b)は気相成長装置31におけるサセプタ(基板保持具)35の構成を模式的に示す上面図である。気相成長装置31は、上部に原料ガス導入口33および下部の端部にガス排出口34を有する反応室32と、反応室32内に設けられ、その上面36に複数の基板4を保持するサセプタ35と、サセプタ35の下部に設けられ、サセプタ35の上面36に保持される基板4を加熱する加熱手段である図示しない高周波コイルと、サセプタ35の下部に設けられ、サセプタ35の温度を測定してサセプタ35の温度を制御するための放射温度計とを含んで構成される。この気相成長装置31によれば、サセプタ35の上面36に基板4を載置し、高周波コイルに高周波電流を流してサセプタ35を誘導加熱し、それによって基板4を加熱した状態で、原料ガス導入口33から基板4の表面に所定比の原料ガス37を導入し、基板4上で気相成長反応を生起させて所定の層を形成し、反応後の排ガス38をガス排出口34から排出する。これによって、基板4上に所望の層が形成される。
ここで、所望の層がAlGaInP活性層である場合は、たとえば、ガス状の、ホスフィン、TMAl、TMGaおよびTMInが原料として使用される。その際の比V/IIIは、
V/III=[ホスフィン]/([TMAl]+[TMGa]+[TMIn])
で表される。ここで、[原料]は各原料のモル流量を示す。n型第1クラッド層、p型第2クラッド層なども同様にして形成される。
V/III=[ホスフィン]/([TMAl]+[TMGa]+[TMIn])
で表される。ここで、[原料]は各原料のモル流量を示す。n型第1クラッド層、p型第2クラッド層なども同様にして形成される。
本発明の製造方法を実施するに際しては、気相成長装置1に限定されず、従来から知られる種々の有機金属化学気相成長装置を使用できる。
このようにして得られる本発明の半導体発光素子は、p型ドーパント拡散部位に含まれる3つの層とともに、有機金属化合物(III)と有機金属化合物(V)とを含有し、さらに必要に応じてn型またはp型ドーパントを含有する前記以外の構成層を含むことができる。前記以外の構成層としては、この分野で知られる全ての層が包含され、たとえば、バッファ層、DBR層、キャップ層、コンタクト層、電流拡散層、電流狭窄層(または電流ブロック層または絶縁膜)、ガイド層などが挙げられる。この前記以外の層は、従来技術と同様に、基板とp型ドーパント拡散部位の積層構造との間(積層構造の下層)、p型ドーパント拡散部位の積層構造の基板とは反対側(積層構造の上層)などに形成される。前記以外の構成層の1または2以上を適宜組み合わせることによって、種々の積層構造を有する半導体発光素子を得ることができる。
すなわち、本発明の製造方法により得られるAlGaInP系半導体発光素子は、p型ドーパント拡散部位に含まれる3つの層のうち少なくとも1層が、比V/IIIを他の層よりは大きすることおよび/または成長速度を他の層よりも遅くすることにより形成され、他の部分は従来の半導体発光素子と同様に、前記以外の構成層の1または2以上を組み合わせて形成できる。
本発明の製造方法により得られるAlGaInP系半導体発光素子は、たとえば、半導体レーザ、半導体発光ダイオードなどとして好適に使用できる。
以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
以下の各実施例では最終製造物は半導体レーザまたは半導体発光ダイオードであるけれども、以下の各実施例に示されるp型ドーパント拡散部位における積層構造の製造は、半導体レーザおよび半導体発光ダイオード以外の用途に使用される半導体発光素子の製造にも適用が可能である。
以下の各実施例では最終製造物は半導体レーザまたは半導体発光ダイオードであるけれども、以下の各実施例に示されるp型ドーパント拡散部位における積層構造の製造は、半導体レーザおよび半導体発光ダイオード以外の用途に使用される半導体発光素子の製造にも適用が可能である。
また、以下の各実施例では、p型ドーパント拡散部位を有機金属化合物気相成長法により形成して得られる各層に、必要に応じて、エッチング、フォトリソグラフィ、金属蒸着、切断などの処理を施して半導体発光素子を製造するけれども、これらの処理は従来技術と同様であることから、これらの処理に関する説明を省略し、本発明の製造方法の特徴であるp型ドーパント拡散部位の積層構造の結晶成長工程について詳述する。
また、以下の各実施例では、基板表面の温度は、アルミニウムの溶融温度および炭素の輻射によって較正した放射温度計で測定した。
また、以下の各実施例では、p型ドーパント拡散部位を構成する各層およびそれ以外の構成層について組成のみを示し、組成比については示していないけれども、各組成はそれぞれ公知の組成比を採ることができる。たとえば、AlGaInPであれば、組成比は(AlxGa1−x)yIn1−yP(式中、0≦x≦1、0≦y≦1)である。該組成比において、一般的にはGaAsと概略格子整合となる混晶比(y≒0.5)が採られるけれども、量子井戸構造をとる場合、吸収波長、発光波長の調整のために格子整合する条件から意図的にずらして用いる場合などがあるので、xおよびyの値は前記範囲の中から適宜選択することができる。また、組成の前に付与するn−はn型を意味し、p−はp型を意味し、un−はアンドープを意味する。
(実施例1)
図1は、本発明の実施の第1形態である半導体発光素子1に用いるエピウェハの層構成を模式的に示す断面図である。
図1は、本発明の実施の第1形態である半導体発光素子1に用いるエピウェハの層構成を模式的に示す断面図である。
半導体発光素子1は、n−GaAs基板4上に、n−GaAsバッファ層5(膜厚0.25μm)、n−GaInP層6(膜厚0.25μm)、n−AlGaInPクラッド層2(膜厚2.5μm)、un−MQW活性層3(膜厚0.1μm)、un−AlGaInPクラッド層7a(膜厚0.05μm)、p−AlGaInP第1クラッド層7b(膜厚0.2μm)、p−GaInPエッチストップ層8(0.01μm)、p−AlGaInP第2クラッド層7c(1.2μm)、p−GaInP中間層9(膜厚0.04μm)およびp−GaAsキャップ層10(膜厚0.5μm)を順次積層したものであり、本エピウェハにリッジ形状を形成した後、p側電極11、電流阻止層12、メッキ電極13を形成し、さらに、n−GaAs基板4のn−GaAsバッファ層5が積層される面とは反対側の面にはn側電極14が形成され、半導体レーザとして用いられる。
半導体発光素子1において、n−AlGaInPクラッド層2、un−MQW活性層3およびp−AlGaInP第1クラッド層7bを含む部分が、p型ドーパント拡散部位である。
図2は、半導体発光素子1における各層を気相成長装置31において成長させるための基板温度および原料ガス導入パターンを経時的に示すダイアグラムである。半導体発光素子1は、図2に示すように昇温および原料ガスの供給を行うことによって製造した。また、p型ドーパントとしてはMgを用いた。
まず、GaAs基板4を気相成長装置31の反応室32内のサセプタ35上に配置し、反応室32内を減圧にした後、GaAs基板4の温度を上昇させるとともに、反応室32内にAsH3ガス(V族原料ガス)を導入した。GaAs基板4の温度を第1GaAsバッファ層の成長温度780℃に昇温して反応室32内にTMGa(III族原料ガス)を導入し、基板温度を780℃に保った状態で第1GaAsバッファ層を所定の厚さになるまで成長させた。
次いで、GaAs基板4の温度を第2GaAsバッファ層の成長温度630℃まで降温させる過程で、反応室32内へのTMGaの供給を停止することなく成長を継続し、基板温度を630℃になった時点でその温度を保持しながら、第2GaAsバッファ層を所定の厚さになるまで成長させ、GaAsバッファ層を形成した。
さらに、第2GaAsバッファ層の成長温度630℃において、V族原料ガスをAsH3からPH3に切り替え、III族原料ガスTMGaの供給を停止し、GaAs基板6の温度を昇温させ、その過程において、AsH3からPH3への切り替えの1秒後に、III族原料ガスであるTMGa、TMAlおよびTMInの供給を開始し、AlGaInP層を成長させながら、730℃まで昇温した。その温度を保持しながら、各AlGaInP層、un−MQW活性層および各GaInP層を所定の厚さになるまで成長させた。
その後は図示しないけれども、III族原料ガスをTMGaガスのみに切り替えてp−GaAs層を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングを行ってp−GaAsキャップ層10を形成し、さらにp側電極11、電流阻止層12およびメッキ電極13を形成して半導体発光素子1を製造した。なお、上記の層成長工程において、p型ドーパントとしてはMgを用いた。
上記の各層の形成に際し、n−AlGaInPクラッド層2のun−MQW活性層3に接触する表層2a(膜厚にして0.1μm)、un−MQW活性層3、un−AlGaInPクラッド層7aおよび第1のp−AlGaInPクラッド層7bの比V/III比を300、半導体発光素子1における他のAlGaInP系層の比V/IIIを150に制御した。
図3は、半導体発光素子1のSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometer、2次イオン質量分析計)により測定したMgの濃度勾配を示すグラフである。比較のため、全てのAlGaInP系層のV/III比を150にして製造した比較用半導体発光素子のSIMSによるMgの濃度勾配を図3に併記する。なお、図3においては、un−AlGaInPクラッド層7aの図示を省略する。測定装置にセクター型SIMSを用い、測定条件は1次イオン種:Cs+(セシウム)、1次イオン加速エネルギ:10keV、1次イオン電流量:50nA、ラスター領域:250μm□、分析領域:150μm□とし、2次イオン(133Cs24Mg+)強度を測定した。図3中、横軸はun−MQW活性層3の活性層中心(目盛数値0.0、一点破線で示す)からの深さを示し、縦軸はMg濃度(原子数/cm3)を示す。また、半導体発光素子1のMg濃度勾配を実線で示し、比較用半導体発光素子のMg濃度勾配を破線で示す。
図3から、本発明の半導体発光素子1は、比較用半導体発光素子のように、全てのAlGaInP系のV/III比が150である場合に比べて、un−MQW活性層3においてMgの拡散が活性層中心の手前で止まり、かつ、p−AlGaInP第1クラッド層7b近傍でMgの濃度勾配が急峻になっていることが判る。これは、un−MQW活性層3近傍での比V/IIIを高く制御したことによって結晶の欠陥が減少し、Mgが拡散し難くなり、Mgの濃度勾配が急峻になったとものと考えられる。
半導体発光素子1において、SIMSにより測定されるp型ドーパント拡散部位のMgの濃度勾配は急峻であった。また、半導体発光素子1を用いた半導体レーザは、全てのAlGaInP系層のV/III比を150とした比較用半導体発光素子を用いた半導体レーザに比べて、閾値電流が約10mA低減化した。
(実施例2)
図4は、本発明の実施の第2形態である半導体発光素子15の構成を模式的に示す断面図である。
図4は、本発明の実施の第2形態である半導体発光素子15の構成を模式的に示す断面図である。
半導体発光素子15は、n−GaAs基板4上に、n−GaAsバッファ層20(膜厚0.5μm)、n−GaInP層21(膜厚0.25μm)、n−AlGaInPクラッド層17(膜厚1.1μm)、un−AlGaInP活性層18(膜厚0.5μm)、p−AlGaInPクラッド層19(膜厚1.2μm)、p−AlGaInP電流拡散層22(膜厚10μm)およびun−GaAsキャップ層23(膜厚0.05μm)を順次積層したものであり、n−GaAs基板4のn−GaAsバッファ層20が積層される面とは反対側の面にはn側電極14が形成され、p−AlGaInP電流拡散層22の上層にはun−GaAsキャップ層23およびp側電極24が形成され、半導体発光ダイオードとして用いられる。
半導体発光素子15において、n−AlGaInPクラッド層17、un−AlGaInP活性層18およびp−AlGaInPクラッド層19を含む部分が、p型ドーパント拡散部位16である。
また、p−AlGaInPクラッド層19のun−AlGaInP活性層18に接触する表層19aは、膜厚0.2μmのun−AlGaInPクラッド層である。
図5は、半導体発光素子15における各層を気相成長装置31において成長させるための基板温度および原料ガス導入パターンを経時的に示すダイアグラムである。
まず、GaAs基板4を気相成長装置31の反応室32内のサセプタ35上に配置し、反応室32内を減圧にした後、GaAs基板6の温度を上昇させるとともに、反応室32内にAsH3ガス(V族原料ガス)を導入した。GaAs基板4の温度が630℃になった時点で、TMGガス(III族原料ガス)の導入を開始し、GaAsバッファ層20を成長させた。GaAs基板4の温度が650℃になった時点で、基板4の昇温を停止し、その温度を保持しながら、GaAsバッファ層20を所定の膜厚(0.5μm)まで成長させた。
次に、基板温度650℃で原料ガスを、TMGa、TMAlおよびTMIn(いずれもIII族原料ガス)とPH3(V族原料ガス)とに切り替え、さらに必要に応じて図示しないけれどもシランガスまたはジエチル亜鉛ガスを供給し、各原料ガスの供給量を調整しかつ650℃から730℃まで昇温を行い、730℃になった時点で昇温を停止してその温度を保持しながら、n−GaInP層21、n−AlGaInPクラッド層17、un−AlGaInP活性層18およびp−AlGaInPクラッド層19を順次成長させた。
その後は図示しないけれども、V族原料ガスをPH3ガスからAsH3ガスに切り替えてp−AlGaInAs電流拡散層22を形成し、引き続きIII族原料ガスをTMGガスのみに切り替えてp−GaAs層を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングを行ってp−GaAsキャップ層23を形成し、さらにp側電極24を形成し、半導体発光素子15を製造した。なお、上記の層成長工程において、p型ドーパントとしてはZnを用いた。
すなわち、本実施の形態では、図5において◎印で示すように、GaAsバッファ層20の成長前の昇温過程において、基板温度が630℃以上になった時点からIII族原料ガスであるTMGの供給を開始してGaAsバッファ層20を結晶成長させ、GaAsバッファ層20の成長温度650℃まで継続して結晶成長を行った。
上記の各層の形成に際し、n−AlGaInPクラッド層17のun−AlGaInP活性層18に接触する表層17a(膜厚0.1μm)、un−AlGaInP活性層18およびp−AlGaInPクラッド層19の表層19a(un−AlGaInPクラッド層)の比V/III比を300、半導体発光素子1における他のAlGaInP系層の比V/IIIを150に制御した。
半導体発光素子15および上記の比較用半導体発光素子を半導体発光ダイオードとして用いると、半導体発光素子15は比較用半導体発光素子に比較して約10%の発光強度の向上が認められた。
(実施例3)
図6は、この実施例で得られる半導体発光素子における各層を気相成長装置31において成長させるための基板温度および原料ガス導入パターンを経時的に示すダイアグラムである。
図6は、この実施例で得られる半導体発光素子における各層を気相成長装置31において成長させるための基板温度および原料ガス導入パターンを経時的に示すダイアグラムである。
すなわち、図6に示すように、基板温度および原料ガスの供給を制御し、半導体発光素子15と同じp型ドーパント拡散部位を有する半導体発光素子を製造した。ただし、GaAsバッファ層20は、図示しないけれども、基板4の表面に形成される第1GaAsバッファ層と、第1GaAsバッファ層の表面に形成される第2GaAsバッファ層とを含む。各層の形成に際し、n−AlGaInPクラッド層17の表層17a(膜厚0.1μm)、un−AlGaInP活性層18およびp−AlGaInPクラッド層19の表層19a(un−AlGaInPクラッド層)の成長速度を1.0μm/hとし、この半導体発光素子における他のAlGaInP系層の成長速度を2.5μm/hに制御した。
得られた半導体発光素子において、SIMSにより測定されるp型ドーパント拡散部位2のZnの濃度勾配は急峻であった。また、この半導体発光素子を用いた半導体レーザは、全てのAlGaInP系層の成長速度を2.5μmとした比較用半導体発光素子を用いた半導体レーザに比べて、発光強度が約8%向上した。
(実施例4)
図7は、この実施例で得られる半導体発光素子における各層を気相成長装置31において成長させるための基板温度および原料ガス導入パターンを経時的に示すダイアグラムである。
図7は、この実施例で得られる半導体発光素子における各層を気相成長装置31において成長させるための基板温度および原料ガス導入パターンを経時的に示すダイアグラムである。
すなわち、図7に示すように、基板温度および原料ガスの供給を制御し、半導体発光素子1と同じp型ドーパント拡散部位を有する半導体発光素子を製造した。ただし、GaAsバッファ層を成長させた後、AlAs層とAlGaAs層とを交互に成長させてDBR層を形成し、さらにAlGaAs層を成長させ、引き続き原料ガスを切り替え、n−AlGaInP層2以降は実施例1と同様にして形成した。各層の形成に際し、n−AlGaInPクラッド層2の表層2a(膜厚0.1μm)、un−MQW活性層3、un−AlGaInPクラッド層7aおよび第1のp−AlGaInPクラッド層7bの成長速度を1.0μm/hとし、この半導体発光素子における他のAlGaInP系層の成長速度を2.5μm/hに制御した。
得られた半導体発光素子において、SIMSにより測定されるp型ドーパント拡散部位のMgの濃度勾配は急峻であった。また、この半導体発光素子を用いた半導体レーザは、全てのAlGaInP系層の成長速度を2.5μmとした比較用半導体発光素子を用いた半導体レーザに比べて、閾値電流が約5%低減化した。
(実施例5)
図8は、この実施例で得られる半導体発光素子における各層を気相成長装置31において成長させるための基板温度および原料ガス導入パターンを経時的に示すダイアグラムである。
図8は、この実施例で得られる半導体発光素子における各層を気相成長装置31において成長させるための基板温度および原料ガス導入パターンを経時的に示すダイアグラムである。
すなわち、図8に示すように、基板温度および原料ガスの供給を制御し、半導体発光素子1と同じp型ドーパント分散部位を有する半導体発光素子を製造した。ただし、第1GaAsバッファ層、第2GaAsバッファ層、DBR層およびAlGaAs層を成長させた後、引き続き原料ガスを切り替え、n−AlGaInP層2以降は実施例1と同様にして形成した。各層の形成に際し、n−AlGaInPクラッド層2の表層2a(膜厚0.1μm)、un−MQW活性層3、un−AlGaInPクラッド層7aおよび第1のp−AlGaInPクラッド層7bの比V/IIIを300ならびに成長速度を1.0μm/hとし、この半導体発光素子における他のAlGaInP系層の比V/IIIを150および成長速度を2.5μm/hに制御した。
得られた半導体発光素子において、SIMSにより測定されるp型ドーパント拡散部位のMgの濃度勾配は急峻であった。また、この半導体発光素子を用いた半導体レーザは、全てのAlGaInP系層の比V/IIIを150および成長速度を2.5μmとした比較用半導体発光素子を用いた半導体レーザに比べて、閾値電流が約12mA低減化した。
1,15 半導体発光素子
2,17 n−AlGaInPクラッド層
3 un−MQW活性層
4 n−GaAs基板
5,20 n−GaAsバッファ層
6,21 n−GaInP層
7a un−AlGaInPクラッド層
7b p−AlGaInP第1クラッド層
7c p−AlGaInP第2クラッド層
8 p−GaInPエッチストップ層
9 p−GaInP中間層
10 p−GaAsキャップ層
11,24 p側電極
12 電流阻止層
13 メッキ電極
14 n側電極
16 p型ドーパント拡散部位
18 un−AlGaInP活性層
19 p−AlGaInPクラッド層
22 p−AlGaInP電流拡散層
23 un−GaAsキャップ層
2,17 n−AlGaInPクラッド層
3 un−MQW活性層
4 n−GaAs基板
5,20 n−GaAsバッファ層
6,21 n−GaInP層
7a un−AlGaInPクラッド層
7b p−AlGaInP第1クラッド層
7c p−AlGaInP第2クラッド層
8 p−GaInPエッチストップ層
9 p−GaInP中間層
10 p−GaAsキャップ層
11,24 p側電極
12 電流阻止層
13 メッキ電極
14 n側電極
16 p型ドーパント拡散部位
18 un−AlGaInP活性層
19 p−AlGaInPクラッド層
22 p−AlGaInP電流拡散層
23 un−GaAsキャップ層
Claims (12)
- 基板を載置する気相成長系内にIII族元素の有機金属化合物とV族元素の有機金属化合物とを供給して、n型第1クラッド層、活性層、p型第2クラッド層およびV族元素とIII族元素とを含有する前記以外の層を含むAlGaInP系半導体発光素子を製造するに際し、
n型第1クラッド層、活性層およびp型第2クラッド層をこの順番で積層し、
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層は、
III族元素の有機金属化合物のモル流量で表される気相成長系内への供給量IIIと、V族元素の有機金属化合物のモル流量で表される気相成長系内への供給量Vとの比V/IIIが、他の層における比V/IIIよりも大きくなるようにV族元素の有機化合物およびIII族元素の有機化合物を供給して形成されることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - p型第2クラッド層は、活性層に接触する第1のp型第2クラッド層と、第1のp型第2クラッド層よりもAl混晶比の低い第3層と、第1のp型第2クラッド層と同じ組成を有する第2のp型第2クラッド層とをこの順番で積層して含む積層体であり、
p型第2クラッド層における比V/IIIを他の層よりも大きくして形成する層は、
第1のp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層、第3層および第2のp型第2クラッド層から選ばれる少なくとも1層であることを特徴とする請求項1記載の半導体発光素子の製造方法。 - n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層の活性層に接触する表層または第1のp型第2クラッド層もしくはその活性層に接触する表層の比V/IIIは、
他の層における比V/IIIよりも大きいことを特徴とする請求項1または2記載の半導体発光素子の製造方法。 - n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層の比V/IIIは、
200以上、400以下であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体発光素子の製造方法。 - 基板を載置する気相成長系内にIII族元素の有機金属化合物とV族元素の有機金属化合物とを供給して、n型第1クラッド層、活性層、p型第2クラッド層およびV族元素とIII族元素とを含有する前記以外の層を含むAlGaInP系半導体発光素子を製造するに際し、
n型第1クラッド層、活性層およびp型第2クラッド層をこの順番で積層し、
n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層は、
その成長速度が他の層の成長速度よりも遅くなるように制御して形成されることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - p型第2クラッド層は、活性層に接触する第1のp型第2クラッド層と、第1のp型第2クラッド層よりもAl混晶比の低い第3層と、第1のp型第2クラッド層と同じ組成を有する第2のp型第2クラッド層とをこの順番で積層して含む積層体であり、
p型第2クラッド層における成長速度を他の層よりも遅く制御して形成する層は、
第1のp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層、第3層および第2のp型第2クラッド層から選ばれる少なくとも1層であることを特徴とする請求項5記載の半導体発光素子の製造方法。 - n型第1クラッド層の活性層に接触する表層、活性層およびp型第2クラッド層またはその活性層に接触する表層から選ばれる少なくとも1層の成長速度は、
0.5μm/h以上、2.0μm/h以下であることを特徴とする請求項5または6記載の半導体発光素子の製造方法。 - p型第2クラッド層は、
III族元素の有機金属化合物およびV族元素の有機金属化合物とともに、MgおよびZnの少なくとも1種であるドーパントを用いて形成されることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。 - p型第2クラッド層は、
その活性層に接触する表層が、III族元素の有機金属化合物およびV族の有機金属化合物のみから形成されることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。 - 活性層は多重量子井戸層であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 半導体発光素子は、半導体レーザであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。
- 半導体発光素子は、半導体発光ダイオードであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体発光素子の製造方法。
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JP2005370753A JP2007173620A (ja) | 2005-12-22 | 2005-12-22 | 半導体発光素子の製造方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101403918B1 (ko) * | 2012-11-09 | 2014-06-09 | 광전자 주식회사 | 비도핑 알루미늄인듐인 정공방지층을 가진 알루미늄갈륨인듐인계 발광다이오드 |
JP2019046887A (ja) * | 2017-08-31 | 2019-03-22 | 株式会社沖データ | 半導体発光素子、発光素子アレイ、及び光プリントヘッド |
-
2005
- 2005-12-22 JP JP2005370753A patent/JP2007173620A/ja active Pending
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