JP2008010641A - 面発光型半導体素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】面発光レーザ10は、活性層16上に設けられたp型III−V族化合物半導体層18と、p型III−V族化合物半導体層18上に設けられ活性層16の表面16aの所定領域16s上に位置するn型III−V族化合物半導体層20と、n型III−V族化合物半導体層20を埋め込みIII−V族化合物半導体材料からなる埋め込み層22とを備える。p型III−V族化合物半導体層18とn型III−V族化合物半導体層20とによってトンネル接合TJが形成されている。n型III−V族化合物半導体層20は、n型ドーパントとしてテルルを含む。
【選択図】図1
Description
N. Nishiyama et al.,Electronics Letters, vol.39, No.5, pp.437-439,2003
まず、図2(a)に示されるように、基板12上に、DBR部14、スペース層26、活性層16、スペース層28、p型III−V族化合物半導体層18及びn型III−V族化合物半導体層20pをこの順に形成する。なお、スペース層26,28を形成しなくてもよい。n型III−V族化合物半導体層20pは、n型III−V族化合物半導体層20を形成するためのものである。DBR部14、スペース層26、活性層16、スペース層28、p型III−V族化合物半導体層18及びn型III−V族化合物半導体層20pは、例えばMOVPE法、MBE法等の気相成長法を用いて形成される。n型III−V族化合物半導体層20pを成長させる際には、例えばジエチルテルル等のテルル含有ガスを原料ガスとして用いることが好ましい。
次に、図2(b)に示されるように、n型III−V族化合物半導体層20pをエッチングすることによって、n型III−V族化合物半導体層20を形成する。n型III−V族化合物半導体層20は、例えばフォトリソグラフィー法を用いて形成される。具体的には、n型III−V族化合物半導体層20は例えば以下のように形成される。まず、n型III−V族化合物半導体層20p上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜にフォトマスクを介して露光を施し、現像する。その後、n型III−V族化合物半導体層20pをウェットエッチングして不要となったレジスト膜を剥離除去する。
次に、図2(c)に示されるように、n型III−V族化合物半導体層20を埋め込むようにp型III−V族化合物半導体層18上に埋め込み層22を形成し、その後、埋め込み層22上にコンタクト層30を形成する。埋め込み層22及びコンタクト層30は、例えばMOVPE法、MBE法等の気相成長法を用いて形成される。
次に、図1に示されるように、コンタクト層30上に電極32を形成し、基板12の裏面12b上に電極34を形成する。続いて、電極32の開口を埋め込むようにDBR部24のための積層体を蒸着法により形成する。その後、積層体のうち電極32上に位置する部分をリフトオフ法により除去することにより、DBR部24を形成する。
n型III−V族化合物半導体層20の電子濃度とn型III−V族化合物半導体層20の成長温度との関係について評価を行った。n型III−V族化合物半導体層20が、(1)GaAsからなる場合及び(2)InGaAsからなる場合についてそれぞれ評価を行った。
GaAs基板上に、TeがドープされたGaAs層をMOVPE法を用いて成長させた。原料ガスとしては、トリエチルガリウム(TEGa)、ジエチルテルル(DETe)及びアルシン(AsH3)を用いた。GaAs層の厚さを1μmとした。GaAs層の成長温度を400〜600℃の範囲で変化させた。得られたGaAs層のホール測定を行うことにより、GaAs層の電子濃度を測定した。結果を図3に示す。
GaAs基板上に、TeがドープされたIn0.1Ga0.9As層をMOVPE法を用いて成長させた。原料ガスとしては、トリメチルインジウム(TMIn)、トリエチルガリウム(TEGa)、ジエチルテルル(DETe)及びアルシン(AsH3)を用いた。In0.1Ga0.9As層の厚さを1μmとした。In0.1Ga0.9As層の成長温度を400〜600℃の範囲で変化させた。得られたIn0.1Ga0.9As層のホール測定を行うことにより、In0.1Ga0.9As層の電子濃度を測定した。結果を図4に示す。
n型III−V族化合物半導体層20の表面20aのエッチピット密度(EPD)と、n型III−V族化合物半導体層20の厚さdとの関係について評価を行った。n型III−V族化合物半導体層20が、In0.1Ga0.9Asからなる場合について評価を行った。
n型III−V族化合物半導体層20の表面20aのエッチピット密度と、n型III−V族化合物半導体層20を成長する際に原料ガス中のIII族元素の原子数に対するV族元素の原子数の比(V/III比)との関係について評価を行った。n型III−V族化合物半導体層20が、In0.1Ga0.9Asからなる場合について評価を行った。この場合、原料ガス中のIII族元素はIn及びGaであり、V族元素はAsである。
n型III−V族化合物半導体層20の電子濃度及びn型III−V族化合物半導体層20の表面20aのエッチピット密度とn型III−V族化合物半導体層20のIn組成xとの関係について評価を行った。n型III−V族化合物半導体層20がInxGa1−xAsからなる場合について評価を行った。
以下のようにして、トンネル接合を有する積層体を作製した。まず、p型GaAs基板上にp型GaAsスペース層(厚さ200nm)を成長させた。p型GaAsスペース層の正孔濃度は3×1018cm−3であった。続いて、p型GaAsスペース層上に、炭素がドープされたp型In0.1Ga0.9As層(厚さ10nm)を成長させた。p型In0.1Ga0.9As層の正孔濃度は1.1×1020cm−3であった。続いて、p型In0.1Ga0.9As層上に、テルルがドープされたn型In0.3Ga0.7As層(厚さ10nm)を成長させた。n型In0.3Ga0.7As層の電子濃度は3.6×1019cm−3であった。このようにして、p型In0.1Ga0.9As層とn型In0.3Ga0.7As層とによってトンネル接合を形成した。
n型GaAs基板上に、シリコンがドープされたn型GaAs層とAl0.9Ga0.1As層とのペアを32ペア積層してなるDBR部を成長させた。続いて、DBR部上に、In0.2Ga0.8Asからなる二重量子井戸構造を有する活性層を成長させた。さらに、活性層上に、炭素がドープされたp型GaAsスペーサ層を成長させた。続いて、p型GaAsスペーサ層上に、炭素がドープされたp型InGaAs層と、テルルがドープされたn型InGaAs層(厚さ10nm)とをこの順に成長させた。このp型InGaAs層及びn型InGaAs層により、トンネル接合を形成した。テルルがドープされたn型InGaAs層の厚さは10nmであり、シリコンがドープされたn型InGaAs層の厚さの2/3倍であった。また、SIMS分析により、p型InGaAs層の炭素濃度及びn型InGaAs層のテルル濃度は、いずれも1×1020cm−3を超えていることが分かった。さらに、p型InGaAs層とn型InGaAs層との界面において炭素及びテルルの拡散は確認されず、急峻なプロファイルが得られることが分かった。
n型GaAsコンタクト層上に、アモルファスシリコン層とAl2O3層とのペアを複数ペア積層してなるDBR部に代えて、GaAs層とAl0.8Ga0.2As層とのペアを23ペア積層してなるDBR部を成長させたこと以外は実施例1と同様にして実施例2の面発光レーザを作製した。
トンネル接合を形成するためのp型InGaAs層を成長させた後に、一旦成長炉から取り出し、p型InGaAs層の表面を酸素雰囲気に晒して、n型InGaAs層を成長させたこと以外は実施例1と同様にして実施例3の面発光レーザを作製した。これにより、酸素に起因する不純物準位をトンネル接合に導入した。トンネル接合の接触抵抗は4.5×10−6Ωcm2であった。
トンネル接合を形成するためのn型InGaAs層に代えて、テルルがドープされたn型GaInNAsSb層を成長させたこと以外は実施例1と同様にして実施例4の面発光レーザを作製した。n型GaInNAsSb層の電子濃度は3.5×1019cm−3であった。
トンネル接合を形成するためのp型InGaAs層に代えて、GaAs0.8Sb0.2層を成長させたこと以外は実施例1と同様にして実施例5の面発光レーザを作製した。n型InGaAs層及びGaAs0.8Sb0.2層は、タイプIIの超格子構造を形成する。トンネル接合の接触抵抗は3.8×10−6Ωcm2であった。
トンネル接合を形成するn型InGaAs層のn型ドーパントをシリコンとしたこと以外は実施例1と同様にして比較例1の面発光レーザを作製した。
実施例1〜5及び比較例1の面発光レーザにおける室温での電流−光出力特性及び電流−電圧特性を評価した。
Claims (5)
- 活性層上に設けられたp型III−V族化合物半導体層と、
前記p型III−V族化合物半導体層上に設けられ前記活性層の表面の所定領域上に位置するn型III−V族化合物半導体層と、
前記n型III−V族化合物半導体層を埋め込みIII−V族化合物半導体材料からなる埋め込み層と、
を備え、
前記p型III−V族化合物半導体層と前記n型III−V族化合物半導体層とによってトンネル接合が形成されており、
前記n型III−V族化合物半導体層は、n型ドーパントとしてテルルを含む、面発光型半導体素子。 - 前記p型III−V族化合物半導体層は、p型ドーパントとして炭素を含む、請求項1に記載の面発光型半導体素子。
- 前記n型III−V族化合物半導体層の厚さは、50nm以下である、請求項1又は2に記載の面発光型半導体素子。
- 前記n型III−V族化合物半導体層が、InxGa1−xAs(0.05≦x≦0.4)を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の面発光型半導体素子。
- 前記p型III−V族化合物半導体層及び前記n型III−V族化合物半導体層は、タイプIIの超格子構造を形成する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の面発光型半導体素子。
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