JP2009055002A - Optical semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

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武 坂下
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical semiconductor device capable of suppressing a lowering of reliability and suppressing defects created on a surface of a compound semiconductor layer and method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: An optical semiconductor device has a compound semiconductor layer 22 that is provided on a substrate 10 and includes a first conductivity type cladding layer 12, activation layer 14 and a second conductivity type cladding layer 16 that is the opposite of the first conductivity type. The method includes the sequential steps of: forming a diffusion source layer 42 on the compound semiconductor layer; forming a first diffusion region 23 in the compound semiconductor layer by carrying out a first heat treatment so that the first diffusion region 23 includes a light emitting facet 38 for emitting light from the activation layer, removing the diffusion source layer; forming an SiN film 46 having a refractive index of 1.9 or higher on the compound semiconductor layer; and turning the first diffusion region 23 into the second diffusion region 24 by carrying out a second heat treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、光半導体装置およびその製造方法に関し、より詳細には、光出射端面を含むように不純物を拡散した拡散領域を有する光半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an optical semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to an optical semiconductor device having a diffusion region in which impurities are diffused so as to include a light emitting end face and a manufacturing method thereof.

近年、例えば光通信や光記憶媒体装置の分野において、光を発光するレーザダイオード(LD)等の光半導体装置が用いられている。高出力のレーザダイオードにおいて、COD(Catastrophic Optical Damage)と呼ばれる光学損傷が問題となっており、信頼性の低下をもたらしている。このCODは、レーザ光が出射される光出射端面が、レーザ光に対して吸収領域になっていることにより発生する。   In recent years, for example, in the fields of optical communication and optical storage medium devices, optical semiconductor devices such as laser diodes (LDs) that emit light have been used. In high-power laser diodes, optical damage called COD (Catastrophic Optical Damage) has become a problem, leading to a decrease in reliability. This COD occurs when the light emitting end face from which the laser light is emitted is an absorption region for the laser light.

CODを抑制する方法として、レーザ光が出射される光出射端面の活性層のバンドギャップを、光出射端面より内側の活性層より大きくする方法がある。この方法により、光出射端面でのレーザ光に対する吸収が抑えられ、CODを抑制することができる。光出射端面の活性層のバンドギャップを大きくする方法として、不純物を拡散させた拡散領域を形成する方法がよく用いられている。   As a method for suppressing COD, there is a method in which the band gap of the active layer at the light emitting end face from which the laser light is emitted is made larger than that of the active layer inside the light emitting end face. By this method, absorption of laser light at the light emitting end face can be suppressed, and COD can be suppressed. As a method of increasing the band gap of the active layer on the light emitting end face, a method of forming a diffusion region in which impurities are diffused is often used.

しかし、不純物を拡散させた拡散領域を形成するにあたり、拡散領域の不純物濃度が高くなると、フリーキャリアによる光の吸収が大きくなり、CODの課題が再発する。特許文献1および特許文献2に、不純物を拡散させて形成した拡散領域を再度熱処理する方法が開示されている。
特開平5−218593号公報 特開2006−303211号公報
However, in forming a diffusion region in which impurities are diffused, if the impurity concentration in the diffusion region increases, light absorption by free carriers increases, and the problem of COD reoccurs. Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a method in which a diffusion region formed by diffusing impurities is heat-treated again.
JP-A-5-218593 JP 2006-30211 A

光半導体装置において、APC(Auto Power Control)等の信頼性試験や光出力特性を評価するパルスI−L測定で、CODによる光出射端面での破壊が生じ、信頼性の低下が課題となっている。   In optical semiconductor devices, reliability tests such as APC (Auto Power Control) and pulse IL measurement for evaluating light output characteristics cause destruction at the light emission end face due to COD, and a decrease in reliability becomes an issue. Yes.

また、特許文献1および特許文献2のように、拡散領域を再度熱処理する方法では、基板上に成膜したクラッド層や活性層等の化合物半導体層の表面に欠陥が生じるという課題がある。   Further, as in Patent Document 1 and Patent Document 2, the method of heat treating the diffusion region again has a problem that defects occur on the surface of the compound semiconductor layer such as a clad layer and an active layer formed on the substrate.

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、信頼性の低下の抑制および化合物半導体層の表面に生じる欠陥の抑制が可能な光半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical semiconductor device capable of suppressing a decrease in reliability and suppressing defects generated on the surface of a compound semiconductor layer, and a method for manufacturing the same.

本発明は、基板上に、第1導電型クラッド層、活性層および前記第1導電型と反対の導電型である第2導電型クラッド層を含む化合物半導体層を備える光半導体装置の製造方法において、前記化合物半導体層上に拡散ソース層を形成する工程と、第1熱処理を行い、前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に第1拡散領域を形成する工程と、前記拡散ソース層を除去する工程と、前記化合物半導体層上に1.9以上の屈折率を有するSiN膜を形成する工程と、第2熱処理を行い、前記第1拡散領域を第2拡散領域とする工程と、を順に実行することを特徴とする光半導体装置の製造方法である。本発明によれば、光出射端面を含む化合物半導体層に不純物濃度が低く、且つ、第2導電型クラッド層から活性層にかけての不純物濃度分布が均一な第2拡散領域を形成することができる。このため、CODを起因とした光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。また、第1拡散領域に熱処理を行う前に、化合物半導体層上に1.9以上の屈折率を有するSiN膜を形成することで、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することもできる。   The present invention relates to a method of manufacturing an optical semiconductor device comprising a compound semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer opposite to the first conductivity type on a substrate. Forming a diffusion source layer on the compound semiconductor layer and performing a first heat treatment to form a first diffusion region in the compound semiconductor layer so as to include a light emitting end face that emits light from the active layer A step of removing the diffusion source layer, a step of forming a SiN film having a refractive index of 1.9 or more on the compound semiconductor layer, a second heat treatment, and forming the first diffusion region in the first region. And a step of forming two diffusion regions in order. According to the present invention, the second diffusion region having a low impurity concentration and a uniform impurity concentration distribution from the second conductivity type cladding layer to the active layer can be formed in the compound semiconductor layer including the light emitting end face. For this reason, the fall of the reliability of the optical semiconductor device resulting from COD can be suppressed. In addition, by forming a SiN film having a refractive index of 1.9 or more on the compound semiconductor layer before performing the heat treatment on the first diffusion region, defects generated on the surface of the compound semiconductor layer can be suppressed.

上記構成において、前記第2熱処理の温度は、前記第1熱処理の温度より高い構成とすることができる。この構成によれば、不純物の濃度が低く、且つ、第2導電型クラッド層から活性層にかけて不純物濃度分布が均一な第2拡散領域を形成することができる。   In the above configuration, the temperature of the second heat treatment may be higher than the temperature of the first heat treatment. According to this configuration, it is possible to form a second diffusion region having a low impurity concentration and a uniform impurity concentration distribution from the second conductivity type cladding layer to the active layer.

上記構成において、前記第2拡散領域を形成する工程は、前記基板にまで達しないように、前記第2拡散領域を形成する工程である構成とすることができる。この構成によれば、第2拡散領域に流れ込むリーク電流を抑制することができる。このため、第2拡散領域での発熱を抑制でき、熱吸収により生じる光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。   In the above configuration, the step of forming the second diffusion region may be a step of forming the second diffusion region so as not to reach the substrate. According to this configuration, leakage current flowing into the second diffusion region can be suppressed. For this reason, the heat_generation | fever in a 2nd diffusion area | region can be suppressed and the fall of the reliability of the optical semiconductor device which arises by heat absorption can be suppressed.

上記構成において、前記第1熱処理および前記第2熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いる構成とすることができる。   In the above configuration, the first heat treatment and the second heat treatment may be configured to use rapid thermal annealing or furnace annealing.

上記構成において、前記第2拡散領域を形成する工程の後、前記第1SiN膜を除去する工程と、前記化合物半導体層上に1.87以下の屈折率を有する第2SiN膜を形成する工程と、第3熱処理を行い、前記第2拡散領域を第3拡散領域とする工程と、を順に実行する構成とすることができる。この構成によれば、不純物濃度が更に低い、第3拡散領域を形成することができる。   In the above configuration, after the step of forming the second diffusion region, the step of removing the first SiN film, the step of forming a second SiN film having a refractive index of 1.87 or less on the compound semiconductor layer, The third heat treatment is performed, and the step of setting the second diffusion region as the third diffusion region can be sequentially performed. According to this configuration, it is possible to form the third diffusion region having a lower impurity concentration.

上記構成において、前記第3熱処理の温度は、前記第2熱処理の温度より低い構成とすることができる。この構成によれば、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することができる。   In the above structure, the temperature of the third heat treatment may be lower than the temperature of the second heat treatment. According to this configuration, defects generated on the surface of the compound semiconductor layer can be suppressed.

上記構成において、前記第3拡散領域を形成する工程の後、前記第2SiN膜を除去する工程を有する構成とすることができる。この構成によれば、光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。   In the above-described configuration, the second SiN film may be removed after the step of forming the third diffusion region. According to this configuration, it is possible to suppress a decrease in reliability of the optical semiconductor device.

上記構成において、前記第2SiN膜を除去する工程の後、前記化合物半導体層の表面を除去する工程を有する構成とすることができる。この構成によれば、光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。   The said structure WHEREIN: It can be set as the structure which has the process of removing the surface of the said compound semiconductor layer after the process of removing the said 2nd SiN film | membrane. According to this configuration, it is possible to suppress a decrease in reliability of the optical semiconductor device.

上記構成において、前記第3熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いる構成とすることができる。   In the above configuration, the third heat treatment may be configured to use rapid thermal annealing or furnace annealing.

上記構成において、前記化合物半導体層は、GaとAsを含む構成とすることができる。この構成によれば、化合物半導体層の表面に欠陥が生じ易い光半導体装置において、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することができる。   In the above structure, the compound semiconductor layer may include Ga and As. According to this configuration, in an optical semiconductor device in which defects are likely to occur on the surface of the compound semiconductor layer, defects generated on the surface of the compound semiconductor layer can be suppressed.

上記構成において、前記拡散ソース層は、Znを含む構成とすることができる。   In the above structure, the diffusion source layer may include Zn.

本発明は、基板上に順次設けられた、第1導電型クラッド層、活性層および前記第1導電型と反対の導電型である第2導電型クラッド層を含む化合物半導体層と、前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に設けられた第2拡散領域および第3拡散領域のいずれか一方と、を具備し、前記第2拡散領域および前記第3拡散領域のいずれか一方に含まれる不純物の濃度分布は、前記第2導電型クラッド層から前記活性層にかけて均一であることを特徴とする光半導体装置である。本発明によれば、CODを起因とした光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。   The present invention provides a compound semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer opposite to the first conductivity type, which are sequentially provided on a substrate, and the active layer. One of a second diffusion region and a third diffusion region provided in the compound semiconductor layer so as to include a light emitting end face that emits light from the second diffusion region and the third diffusion region. The optical semiconductor device is characterized in that the concentration distribution of impurities contained in any one of the diffusion regions is uniform from the second conductivity type cladding layer to the active layer. According to the present invention, it is possible to suppress a decrease in reliability of an optical semiconductor device due to COD.

上記構成において、前記第2拡散領域および前記第3拡散領域のいずれか一方は、前記基板にまで達していない構成とすることができる。この構成によれば、第2拡散領域および第3拡散領域に流れ込むリーク電流を抑制することができる。このため、第2拡散領域および第3拡散領域での発熱を抑制でき、熱吸収により生じる光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。   In the above configuration, any one of the second diffusion region and the third diffusion region may not reach the substrate. According to this configuration, it is possible to suppress leakage current flowing into the second diffusion region and the third diffusion region. For this reason, the heat_generation | fever in a 2nd diffusion area | region and a 3rd diffusion area | region can be suppressed, and the fall of the reliability of the optical semiconductor device produced by heat absorption can be suppressed.

上記構成において、前記不純物は、Znである構成とすることができる。また、上記構成において、前記化合物半導体層は、リッジ部を有する構成とすることができる。   In the above structure, the impurity may be Zn. In the above structure, the compound semiconductor layer may have a ridge portion.

本発明によれば、光出射端面を含む化合物半導体層に不純物濃度が低く、且つ、第2導電型クラッド層から活性層にかけて不純物濃度分布が均一な第2拡散領域を形成することができる。このため、CODを起因とした光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。また、第1拡散領域に熱処理を施す前に、化合物半導体層上に1.9以上の屈折率を有するSiN膜を形成することで、化合物半導体層の表面に生じる欠陥を抑制することもできる。   According to the present invention, the second diffusion region having a low impurity concentration and a uniform impurity concentration distribution from the second conductivity type cladding layer to the active layer can be formed in the compound semiconductor layer including the light emitting end face. For this reason, the fall of the reliability of the optical semiconductor device resulting from COD can be suppressed. In addition, by forming a SiN film having a refractive index of 1.9 or more on the compound semiconductor layer before performing the heat treatment on the first diffusion region, defects generated on the surface of the compound semiconductor layer can be suppressed.

まず初めに、従来の製造方法により製造される比較例1に係る光半導体装置(レーザダイオード)について説明する。図1(a)から図1(e)は、比較例1に係る光半導体装置の製造方法を示す模式的斜視図である。図1(a)を参照に、n型GaAs基板からなる基板10上に、MOCVD法(有機金属気相成長法)を用い、n型AlGaInP層からなり厚さ2.6μmの第1導電型クラッド層12、AlGaInP/InGaPのMQW(多重量子井戸)からなり厚さ20nmの活性層14、p型AlGaInP層からなり厚さ2.0μmの第2導電型クラッド層16、InGaP層からなり厚さ30nmのストッパー層18およびp型GaAs層からなり厚さ0.2μmのp型コンタクト層20を成長する。これにより、基板10上に化合物半導体層22が形成される。   First, an optical semiconductor device (laser diode) according to Comparative Example 1 manufactured by a conventional manufacturing method will be described. FIG. 1A to FIG. 1E are schematic perspective views showing a method for manufacturing an optical semiconductor device according to Comparative Example 1. FIG. Referring to FIG. 1A, a first conductivity type cladding made of an n-type AlGaInP layer and having a thickness of 2.6 μm is formed on a substrate 10 made of an n-type GaAs substrate by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). The layer 12, the active layer 14 made of AlGaInP / InGaP MQW (multiple quantum well), 20 nm thick, the second conductivity type clad layer 16 made of p-type AlGaInP layer 2.0 μm thick, and the InGaP layer 30 nm thick A p-type contact layer 20 having a thickness of 0.2 μm is grown from the stopper layer 18 and the p-type GaAs layer. Thereby, the compound semiconductor layer 22 is formed on the substrate 10.

図1(b)を参照に、p型コンタクト層20上にSiN層からなるマスク層(不図示)を、例えばCVD法を用い形成する。マスク層上に第1拡散領域23を形成すべき開口部を有するフォトレジスト(不図示)を形成する。フォトレジストをマスクにマスク層を除去する。フォトレジストを全面除去した後、マスク層上に拡散ソース層(不図示)を形成し、拡散ソース層に含まれるZnをp型コンタクト層20、ストッパー層18、第2導電型クラッド層16、活性層14および第1導電型クラッド層12内に拡散させる。これにより、活性層14からの光を出射する光出射端面38を含むように第1拡散領域23が形成される。その後、マスク層および拡散ソース層を除去した後、再度第1拡散領域23に開口部を有するフォトレジスト(不図示)を形成する。フォトレジストをマスクにP型コンタクト層20を除去する。その後、フォトレジストを全面除去する。   Referring to FIG. 1B, a mask layer (not shown) made of a SiN layer is formed on the p-type contact layer 20 by using, for example, a CVD method. A photoresist (not shown) having an opening in which the first diffusion region 23 is to be formed is formed on the mask layer. The mask layer is removed using the photoresist as a mask. After removing the entire surface of the photoresist, a diffusion source layer (not shown) is formed on the mask layer, and Zn contained in the diffusion source layer is formed of the p-type contact layer 20, the stopper layer 18, the second conductivity type cladding layer 16, and the active layer. Diffusion into the layer 14 and the first conductivity type cladding layer 12 is performed. Thus, the first diffusion region 23 is formed so as to include the light emitting end face 38 that emits light from the active layer 14. Thereafter, after removing the mask layer and the diffusion source layer, a photoresist (not shown) having an opening in the first diffusion region 23 is formed again. The P-type contact layer 20 is removed using the photoresist as a mask. Thereafter, the entire surface of the photoresist is removed.

図1(c)を参照に、ストッパー層18およびp型コンタクト層20上にSiO膜(不図示)を形成する。窪み部26を形成すべき開口部を有するフォトレジスト(不図示)をSiO膜上に形成し、フォトレジストをマスクにSiO膜を除去する。フォトレジストを全面除去した後、SiO膜をマスクに第2導電型クラッド層16に達するようにp型コンタクト層20、ストッパー層18および第2導電型クラッド層16の一部を除去する。これにより、窪み部26と窪み部26に挟まれたリッジ部28とが形成される。その後、SiO膜を全面除去する。 Referring to FIG. 1C, an SiO 2 film (not shown) is formed on the stopper layer 18 and the p-type contact layer 20. The photoresist (not shown) having an opening for forming the recess 26 is formed on the SiO 2 film and the SiO 2 film is removed with a photoresist as a mask. After entirely removing the photoresist, removing part of the SiO 2 p-type contact layer 20 so that the film as a mask reaches a second conductivity type cladding layer 16, a stopper layer 18 and the second conductive type cladding layer 16. Thereby, the dent part 26 and the ridge part 28 sandwiched between the dent parts 26 are formed. Thereafter, the entire SiO 2 film is removed.

図1(d)を参照に、p型コンタクト層20、ストッパー層18および第2導電型クラッド層16を覆うようにSiN層からなる保護層30を形成する。保護層30上にリッジ部28の上面に開口部を有するフォトレジスト(不図示)を形成する。フォトレジストをマスクに保護層30をエッチングする。これにより、リッジ部28上のp型コンタクト層20が露出する。その後、フォトレジストを全面除去する。   With reference to FIG. 1D, a protective layer 30 made of a SiN layer is formed so as to cover the p-type contact layer 20, the stopper layer 18, and the second conductivity type cladding layer 16. A photoresist (not shown) having an opening on the upper surface of the ridge portion 28 is formed on the protective layer 30. The protective layer 30 is etched using the photoresist as a mask. As a result, the p-type contact layer 20 on the ridge portion 28 is exposed. Thereafter, the entire surface of the photoresist is removed.

図1(e)を参照に、蒸着法を用い、リッジ部28上に露出したp型コンタクト層20に接するように、保護層30上にTi、Mo、Auを順に堆積して、p側電極32を形成する。化合物半導体層22の両端面のうち、光出射端面38が設けられている側の端面34に、低反射膜(不図示)を形成する。反対側の端面(不図示)には高反射膜(不図示)を形成する。以上により、比較例1に係る光半導体装置が完成する。   Referring to FIG. 1E, Ti, Mo, and Au are sequentially deposited on the protective layer 30 so as to be in contact with the p-type contact layer 20 exposed on the ridge portion 28 by using an evaporation method. 32 is formed. A low reflection film (not shown) is formed on the end face 34 on the side where the light emitting end face 38 is provided, of both end faces of the compound semiconductor layer 22. A highly reflective film (not shown) is formed on the opposite end face (not shown). Thus, the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 is completed.

次に、図1(b)を用いて説明した第1拡散領域23の形成方法についてさらに詳しく説明する。図2(a)から図3(c)は、第1拡散領域23の形成方法を詳しく説明するための模式的断面図である。図2(a)を参照に、基板10上に形成された第1導電型クラッド層12、活性層14、第2導電型クラッド層16、ストッパー層18、p型コンタクト層20からなる化合物半導体層22上に、SiN層からなり厚さ150nmのマスク層39を、例えばCVD法を用い形成する。   Next, the method for forming the first diffusion region 23 described with reference to FIG. FIG. 2A to FIG. 3C are schematic cross-sectional views for explaining in detail the method of forming the first diffusion region 23. Referring to FIG. 2A, a compound semiconductor layer comprising a first conductivity type cladding layer 12, an active layer 14, a second conductivity type cladding layer 16, a stopper layer 18, and a p-type contact layer 20 formed on a substrate 10. On the surface 22, a mask layer 39 made of a SiN layer and having a thickness of 150 nm is formed by using, for example, a CVD method.

図2(b)を参照に、フォトレジスト40を塗布し、露光技術を用いて、第1拡散領域23を形成すべき箇所に開口部41を形成する。図2(c)を参照に、フォトレジスト40をマスクとして、マスク層39をエッチングする。これにより、マスク層39にも開口部41が形成される。   Referring to FIG. 2B, a photoresist 40 is applied, and an opening 41 is formed at a location where the first diffusion region 23 is to be formed using an exposure technique. Referring to FIG. 2C, the mask layer 39 is etched using the photoresist 40 as a mask. As a result, the opening 41 is also formed in the mask layer 39.

図3(a)を参照に、フォトレジスト40を除去する。図3(b)を参照に、開口部41を覆うようにマスク層39上に、例えばスパッタ法を用いて、ZnOとSiOとの混合層からなり厚さ100nmの拡散ソース層42を形成する。拡散ソース層42上にSiO層からなり厚さ30nmのキャップ層44を形成する。図3(c)を参照に、拡散ソース層42に610℃で9分間の熱処理を行う。これにより、拡散ソース層42に含まれるZnが化合物半導体層22に拡散され、第1拡散領域23が形成される。第1拡散領域23は活性層14に十分に達するように形成する。つまり、化合物半導体層22の深い領域まで達するように形成する。以上の方法により、比較例1に係る光半導体装置の第1拡散領域23が形成される。 Referring to FIG. 3A, the photoresist 40 is removed. Referring to FIG. 3B, a diffusion source layer 42 made of a mixed layer of ZnO and SiO 2 and having a thickness of 100 nm is formed on the mask layer 39 so as to cover the opening 41 by using, for example, a sputtering method. . A cap layer 44 made of a SiO 2 layer and having a thickness of 30 nm is formed on the diffusion source layer 42. Referring to FIG. 3C, the diffusion source layer 42 is heat-treated at 610 ° C. for 9 minutes. Thereby, Zn contained in the diffusion source layer 42 is diffused into the compound semiconductor layer 22, and the first diffusion region 23 is formed. The first diffusion region 23 is formed so as to sufficiently reach the active layer 14. That is, it is formed so as to reach a deep region of the compound semiconductor layer 22. With the above method, the first diffusion region 23 of the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 is formed.

図4に、比較例1に係る光半導体装置について、2次イオン質量分析法(SIMS)を用いて、第1拡散領域23に含まれるZnの濃度分布について評価した結果を示す。図4の横軸は化合物半導体層22表面からの距離であり、縦軸はZnの濃度である。また、Znの濃度が1×1018/cm以上になると、Znが格子位置に入りきらず格子間に存在するようになる。この余剰Znが素子動作時に格子間を容易に移動することで素子劣化を引き起こすため、Zn濃度は極力低減することが望ましい。ただし、Zn濃度が低すぎる場合は、無秩序化によるバンドギャップ拡大の効果が十分に得られない。これらより、Zn濃度の目標値は、例えば約1×1018/cmである。図4によれば、活性層14におけるZnの濃度は、約8×1018/cmと目標値に比べて高濃度である。また、第2導電型クラッド層16上面から活性層14下面にかけて(領域D)のZnの濃度分布は大きく、領域Dの標準偏差σ/領域Dの平均値、の値は約30%である。 FIG. 4 shows the result of evaluating the concentration distribution of Zn contained in the first diffusion region 23 using secondary ion mass spectrometry (SIMS) for the optical semiconductor device according to Comparative Example 1. The horizontal axis in FIG. 4 is the distance from the surface of the compound semiconductor layer 22, and the vertical axis is the Zn concentration. Further, when the Zn concentration becomes 1 × 10 18 / cm 3 or more, Zn does not completely enter the lattice position and exists between the lattices. Since this excess Zn easily moves between the lattices during device operation and causes device deterioration, it is desirable to reduce the Zn concentration as much as possible. However, when the Zn concentration is too low, the effect of expanding the band gap by disordering cannot be sufficiently obtained. Accordingly, the target value of the Zn concentration is, for example, about 1 × 10 18 / cm 3 . According to FIG. 4, the Zn concentration in the active layer 14 is about 8 × 10 18 / cm 3 , which is a higher concentration than the target value. Further, the Zn concentration distribution in the (region D) is large from the upper surface of the second conductivity type cladding layer 16 to the lower surface of the active layer 14, and the standard deviation σ of the region D / the average value of the region D is about 30%.

比較例1に係る光半導体装置によれば、図3(c)で説明したように、拡散ソース層42に熱処理を行うことで、化合物半導体層22に第1拡散領域23を形成している。第1拡散領域23は活性層14に十分に達するように形成するため、拡散ソース層42に実施する熱処理の時間が長くなる。このため、Znがより多く化合物半導体層22に拡散され、これにより、第1拡散領域23の拡散ソース層42近傍に含まれるZnの濃度が高濃度になり、活性層14におけるZnの濃度も高濃度になると考えられる。また、第2導電型クラッド層16上面から活性層14下面にかけてのZnの濃度分布も大きくなると考えられる。   In the optical semiconductor device according to Comparative Example 1, as described in FIG. 3C, the first diffusion region 23 is formed in the compound semiconductor layer 22 by performing heat treatment on the diffusion source layer 42. Since the first diffusion region 23 is formed so as to reach the active layer 14 sufficiently, the time for the heat treatment performed on the diffusion source layer 42 becomes long. Therefore, a larger amount of Zn is diffused into the compound semiconductor layer 22, thereby increasing the concentration of Zn contained in the vicinity of the diffusion source layer 42 in the first diffusion region 23 and increasing the concentration of Zn in the active layer 14. It is considered to be a concentration. Further, it is considered that the Zn concentration distribution from the upper surface of the second conductivity type cladding layer 16 to the lower surface of the active layer 14 also increases.

このようなZn濃度の第1拡散領域23を有する比較例1に係る光半導体装置について実施したAPC(Auto Power Control)による信頼性試験の結果を図5に示す。図5の横軸は経過時間であり、縦軸は動作電流である。また、環境温度75℃で、光出力を100mWに一定にして試験を行っている。図5によれば、約60時間経過後に動作電流の著しい上昇が発生していることが確認できる。これは、図4に示すように、第1拡散領域23の活性層14におけるZn濃度が高濃度であるため、前述したフリーキャリアによる光吸収が大きくなり、CODに起因した光出射端面38近傍の破壊が起こったために発生したものと考えられる。   FIG. 5 shows the result of a reliability test by APC (Auto Power Control) performed on the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 having the first diffusion region 23 having such Zn concentration. The horizontal axis in FIG. 5 is the elapsed time, and the vertical axis is the operating current. In addition, the test is performed at an environmental temperature of 75 ° C. with a constant light output of 100 mW. According to FIG. 5, it can be confirmed that a significant increase in operating current occurs after about 60 hours. As shown in FIG. 4, since the Zn concentration in the active layer 14 of the first diffusion region 23 is high, light absorption by the free carriers described above increases, and the vicinity of the light emission end face 38 caused by COD is increased. It is thought to have occurred because of the destruction.

100時間におよぶAPCによる信頼性試験にパスした一部の比較例1に係る光半導体装置は、次に、パルスI−L測定が実施される。図6に、パルスI−L測定の結果を示す。図6の横軸は注入電流であり、縦軸は光出力である。図6によれば、規定光出力である300mWに到達する前に、注入電流250mA付近で光出力が0mWになり、光半導体装置が壊れたことが確認できる。これは、図4に示すように、第2導電型クラッド層16上面から活性層14下面にかけて、第1拡散領域23のZnの濃度分布が大きいため、APCによる信頼性試験の動作電流により、Znが濃度の高い方から低い方に移動し、濃度の均一化が生じる。これにより、活性層14におけるZn濃度が上昇し、フリーキャリアによる光吸収が大きくなり、パルスI−L測定においてCODに起因した光出射端面38近傍の破壊が起こったために発生したものと考えられる。   Next, a pulse IL measurement is performed on some of the optical semiconductor devices according to the comparative example 1 that passed the reliability test by APC for 100 hours. FIG. 6 shows the result of pulse IL measurement. The horizontal axis of FIG. 6 is the injection current, and the vertical axis is the light output. According to FIG. 6, before reaching the specified light output of 300 mW, it can be confirmed that the light output becomes 0 mW near the injection current of 250 mA, and the optical semiconductor device is broken. As shown in FIG. 4, since the Zn concentration distribution in the first diffusion region 23 is large from the upper surface of the second conductivity type cladding layer 16 to the lower surface of the active layer 14, the Zn current distribution due to the operating current of the reliability test by APC Moves from the higher density to the lower density, and the density becomes uniform. As a result, the Zn concentration in the active layer 14 is increased, the light absorption by free carriers is increased, and this is considered to be caused by the destruction near the light emitting end face 38 caused by COD in the pulse IL measurement.

このように、比較例1に係る光半導体装置は信頼性について課題がある。この課題を解決するための実施例を以下に示す。   Thus, the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 has a problem with reliability. An example for solving this problem is shown below.

図7は実施例1に係る光半導体装置(レーザダイオード)の模式的斜視図である。図8(a)は図7のA−A間の模式的断面図であり、図8(b)は図7のB−B間の模式的断面図である。   FIG. 7 is a schematic perspective view of the optical semiconductor device (laser diode) according to the first embodiment. 8A is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 7, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

図7、図8(a)および図8(b)を参照に、n型GaAs基板からなる基板10上に、化合物半導体層22として、n型AlGaInP層からなり厚さ2.6μmの第1導電型クラッド層12、AlGaInP/InGaPのMQW(多重量子井戸)からなり厚さ20nmの活性層14、p型AlGaInP層からなり厚さ2.0μmの第2導電型クラッド層16、InGaP層からなり厚さ30nmのストッパー層18およびp型GaAs層からなり厚さ0.2μmのp型コンタクト層20が順に設けられている。なお、第1導電型クラッド層12と第2導電型クラッド層16とは、反対の導電型であれば良く、p型GaAs基板を用い、第1導電型クラッド層12がp型クラッド層、第2導電型クラッド層がn型クラッド層であってもよい。   Referring to FIG. 7, FIG. 8A and FIG. 8B, on the substrate 10 made of an n-type GaAs substrate, the compound semiconductor layer 22 is made of an n-type AlGaInP layer and has a thickness of 2.6 μm. Type cladding layer 12, active layer 14 made of AlGaInP / InGaP MQW (multiple quantum well), thickness 20nm, second conductivity type cladding layer 16 made of p-type AlGaInP layer and thickness 2.0μm, and InGaP layer A stopper layer 18 having a thickness of 30 nm and a p-type contact layer 20 having a thickness of 0.2 μm are sequentially provided. The first conductivity type clad layer 12 and the second conductivity type clad layer 16 may be of the opposite conductivity type, using a p-type GaAs substrate, the first conductivity type clad layer 12 being a p-type clad layer, The two-conductivity-type cladding layer may be an n-type cladding layer.

図7および図8(a)を参照に、p型コンタクト層20、ストッパー層18および第2導電型クラッド層16の一部が除去された窪み部26が設けられ、窪み部26間にp型コンタクト層20、ストッパー層18および第2導電型クラッド層16からなるリッジ部28が設けられている。つまり、化合物半導体層22はリッジ部28を有する。p型コンタクト層20、ストッパー層18および第2導電型クラッド層16を覆うようにSiN層からなる保護層30が設けられている。リッジ部28上の保護層30は除去されており、p型コンタクト層20に接するように保護層30上にp側電極32が設けられている。図7および図8(b)を参照に、化合物半導体層22のB−B方向の端部には、活性層14からの光を出射する光出射端面38を含むように、Znが拡散された第2拡散領域24が設けられている。光出射端面38が設けられている側の化合物半導体層22の端面34には低反射膜(不図示)が設けられており、反対側の端面36には高反射膜(不図示)が設けられている。   With reference to FIGS. 7 and 8A, a p-type contact layer 20, a stopper layer 18, and a depression 26 from which a part of the second conductivity type cladding layer 16 is removed are provided, and a p-type is provided between the depressions 26. A ridge portion 28 including the contact layer 20, the stopper layer 18, and the second conductivity type cladding layer 16 is provided. That is, the compound semiconductor layer 22 has the ridge portion 28. A protective layer 30 made of a SiN layer is provided so as to cover the p-type contact layer 20, the stopper layer 18, and the second conductivity type cladding layer 16. The protective layer 30 on the ridge portion 28 is removed, and a p-side electrode 32 is provided on the protective layer 30 so as to be in contact with the p-type contact layer 20. Referring to FIGS. 7 and 8B, Zn is diffused so as to include a light emitting end face 38 that emits light from the active layer 14 at the end in the BB direction of the compound semiconductor layer 22. A second diffusion region 24 is provided. A low reflection film (not shown) is provided on the end face 34 of the compound semiconductor layer 22 on the side where the light emitting end face 38 is provided, and a high reflection film (not shown) is provided on the end face 36 on the opposite side. ing.

図7および図8(a)を参照に、活性層14は屈折率の低い第1導電型クラッド層12および第2導電型クラッド層16に挟まれているため、化合物半導体層22を伝搬する光は、活性層14近傍に閉じ込められる。一方、リッジ部28下の活性層14近傍を伝搬する光に対する等価屈折率は、リッジ部28両側の窪み部26下の活性層14近傍を伝搬する光に対する等価屈折率より大きい。このため、活性層14近傍を伝搬する光はリッジ部28下の活性層14近傍に閉じ込められる。活性層14近傍を伝搬する光を閉じ込める部分を導波路48という。図8(b)を参照に、導波路48内の光は化合物半導体層22の両側の端面34および36で反射される。このようにして、導波路48内で誘導放出された光はレーザ光として、光出射端面38から出力光として出射される。ここで、等価屈折率とは、伝搬する光が感じる屈折率のことである。   Referring to FIGS. 7 and 8A, since the active layer 14 is sandwiched between the first conductivity type cladding layer 12 and the second conductivity type cladding layer 16 having a low refractive index, the light propagating through the compound semiconductor layer 22 Is confined in the vicinity of the active layer 14. On the other hand, the equivalent refractive index for light propagating in the vicinity of the active layer 14 under the ridge 28 is larger than the equivalent refractive index for light propagating in the vicinity of the active layer 14 under the depression 26 on both sides of the ridge 28. Therefore, light propagating in the vicinity of the active layer 14 is confined in the vicinity of the active layer 14 below the ridge portion 28. A portion that confines light propagating in the vicinity of the active layer 14 is referred to as a waveguide 48. Referring to FIG. 8B, the light in the waveguide 48 is reflected by the end faces 34 and 36 on both sides of the compound semiconductor layer 22. In this way, the light stimulated and emitted within the waveguide 48 is emitted as output light from the light emitting end face 38 as laser light. Here, the equivalent refractive index is a refractive index felt by propagating light.

実施例1に係る光半導体装置の製造方法については、第2拡散領域24を形成する方法以外は、比較例1に係る光半導体装置と同じであり、図1(a)から図1(e)に示しているので説明を省略する。   The manufacturing method of the optical semiconductor device according to Example 1 is the same as that of the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 except for the method of forming the second diffusion region 24, and FIG. 1 (a) to FIG. 1 (e). The description is omitted here.

次に、図9(a)から図9(c)を用いて、実施例1に係る光半導体装置の第2拡散領域24を形成する方法を説明する。なお、拡散ソース層42およびキャップ層44を形成する工程までは比較例1に係る光半導体装置と同じであり、図2(a)から図3(b)に示しているので説明を省略する。   Next, a method for forming the second diffusion region 24 of the optical semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 9A to 9C. Note that the steps up to the step of forming the diffusion source layer 42 and the cap layer 44 are the same as those of the optical semiconductor device according to the comparative example 1, and are not shown in FIG. 2A to FIG.

図9(a)を参照に、マスク層39をマスクに、拡散ソース層42に610℃で5分間の第1熱処理を行う。これにより、拡散ソース層42に含まれるZnが化合物半導体層22に拡散され、第1拡散領域23が形成される。比較例1に係る光半導体装置の形成方法の場合に比べて、第1拡散領域23を形成する際の熱処理の時間が短いため、第1拡散領域23は活性層14に僅かに到達する程度の深さに形成される。   Referring to FIG. 9A, a first heat treatment is performed on the diffusion source layer 42 at 610 ° C. for 5 minutes using the mask layer 39 as a mask. Thereby, Zn contained in the diffusion source layer 42 is diffused into the compound semiconductor layer 22, and the first diffusion region 23 is formed. Compared to the method of forming the optical semiconductor device according to Comparative Example 1, the heat treatment time for forming the first diffusion region 23 is short, so that the first diffusion region 23 reaches the active layer 14 slightly. Formed to a depth.

図9(b)を参照に、マスク層39、拡散ソース層42およびキャップ層44を除去する。その後、化合物半導体層22上に1.9の屈折率を有し、厚さ75nmの第1SiN膜46を形成する。   Referring to FIG. 9B, the mask layer 39, the diffusion source layer 42, and the cap layer 44 are removed. Thereafter, a first SiN film 46 having a refractive index of 1.9 and a thickness of 75 nm is formed on the compound semiconductor layer 22.

図9(c)を参照に、例えば、ラピッドサーマルアニール(RTA)を用いて、第1拡散領域23に630℃で30分間の第2熱処理を行う。これにより、第1拡散領域23に含まれるZnが化合物半導体層22内部に拡散され、第1拡散領域23より化合物半導体層22の深い領域まで達する第2拡散領域24が形成される。つまり、第2拡散領域24は、活性層14に十分に達するように形成される。以上の方法により、実施例1に係る光半導体装置の第2拡散領域24が形成される。   Referring to FIG. 9C, the second heat treatment is performed on the first diffusion region 23 at 630 ° C. for 30 minutes using, for example, rapid thermal annealing (RTA). Thereby, Zn contained in the first diffusion region 23 is diffused into the compound semiconductor layer 22, and the second diffusion region 24 reaching the deep region of the compound semiconductor layer 22 from the first diffusion region 23 is formed. That is, the second diffusion region 24 is formed so as to sufficiently reach the active layer 14. With the above method, the second diffusion region 24 of the optical semiconductor device according to the first embodiment is formed.

図10に実施例1に係る光半導体装置について、2次イオン質量分析法(SIMS)を用いて、第2拡散領域24に含まれるZnの濃度分布について評価した結果を示す。図10の横軸は化合物半導体層22表面からの距離であり、縦軸はZnの濃度である。図10によれば、活性層14におけるZnの濃度は約2×1018/cmと比較例1に比べて低濃度である。また、第2導電型クラッド層16上面から活性層14下面にかけて(領域D)のZnの濃度分布は、領域Dの標準偏差σ/領域Dの平均値、の値が約6%と小さいことが確認できる。 FIG. 10 shows the result of evaluating the concentration distribution of Zn contained in the second diffusion region 24 using secondary ion mass spectrometry (SIMS) for the optical semiconductor device according to Example 1. The horizontal axis in FIG. 10 is the distance from the surface of the compound semiconductor layer 22, and the vertical axis is the Zn concentration. According to FIG. 10, the Zn concentration in the active layer 14 is about 2 × 10 18 / cm 3 , which is lower than that in Comparative Example 1. Further, from the upper surface of the second conductivity type cladding layer 16 to the lower surface of the active layer 14 (Zone concentration distribution), the standard deviation σ of the region D / average value of the region D is as small as about 6%. I can confirm.

比較例1の製造方法によれば、図4に示したように、第1拡散領域23のZn濃度は高く、また、第2導電型クラッド層16から活性層14にかけてのZn濃度分布も大きい。しかしながら、実施例1の製造方法によれば、図9(a)に示すように、拡散ソース層42に第1熱処理を行い、深さの浅い第1拡散領域23を形成する。そして、図9(b)に示すように、Znの供給源である拡散ソース層42を除去した後、図9(c)に示すように、第1拡散領域23に第2熱処理を行うことで、第1拡散領域23に含まれるZnが拡散し、第1拡散領域23が第2拡散領域24となる。このため、図10に示すように、第2拡散領域24のZn濃度を低くすることができ、且つ、第2導電型クラッド層16から活性層14にかけてのZnの濃度分布を均一にすることができる。また、図9(b)に示すように、化合物半導体層22上に第1SiN膜46を形成した後、第1拡散領域23に第2熱処理を行うことで、第1拡散領域23に含まれるZnを化合物半導体層22の内部に向かって拡散させることができる。   According to the manufacturing method of Comparative Example 1, as shown in FIG. 4, the Zn concentration in the first diffusion region 23 is high, and the Zn concentration distribution from the second conductivity type cladding layer 16 to the active layer 14 is also large. However, according to the manufacturing method of the first embodiment, as shown in FIG. 9A, the first heat treatment is performed on the diffusion source layer 42 to form the first diffusion region 23 having a shallow depth. Then, as shown in FIG. 9B, after removing the diffusion source layer 42 which is a supply source of Zn, as shown in FIG. 9C, a second heat treatment is performed on the first diffusion region 23. Zn contained in the first diffusion region 23 diffuses, and the first diffusion region 23 becomes the second diffusion region 24. Therefore, as shown in FIG. 10, the Zn concentration in the second diffusion region 24 can be lowered, and the Zn concentration distribution from the second conductivity type cladding layer 16 to the active layer 14 can be made uniform. it can. Further, as shown in FIG. 9B, after the first SiN film 46 is formed on the compound semiconductor layer 22, the second heat treatment is performed on the first diffusion region 23, so that Zn contained in the first diffusion region 23 is formed. Can be diffused toward the inside of the compound semiconductor layer 22.

次に、図11に実施例1に係る光半導体装置についてのAPCによる信頼性試験の結果を、図12にパルスI−L測定の結果を示す。図11を参照に、100時間におよぶAPCによる信頼性試験で、動作電流の著しい上昇等は確認されず、安定して動作していることが確認できる。図12を参照に、注入電流に比例して光出力も増加し、規定出力である300mWに到達していることが確認できる。   Next, FIG. 11 shows the result of the APC reliability test for the optical semiconductor device according to Example 1, and FIG. 12 shows the result of the pulse IL measurement. Referring to FIG. 11, in a reliability test by APC for 100 hours, a significant increase in operating current is not confirmed, and it can be confirmed that the device is operating stably. Referring to FIG. 12, it can be confirmed that the light output increases in proportion to the injection current and reaches 300 mW which is the specified output.

実施例1によれば、図10に示すように、活性層14におけるZnの濃度が目標値(約1×1018/cm)に近く、且つ、第2導電型クラッド層16から活性層14にかけてのZnの濃度分布が均一になっている。このため、CODを起因とした光出射端面38近傍の破壊を抑制することができる。よって、図11に示すように、APCによる信頼性試験で異常が発生する光半導体装置を減少させることができ、図12に示すように、パルスI−L測定で規定出力を有する光半導体装置を得ることができる。したがって、実施例1に係る光半導体装置によれば、信頼性の低下を抑制することができる。 According to Example 1, as shown in FIG. 10, the Zn concentration in the active layer 14 is close to the target value (about 1 × 10 18 / cm 3 ), and the second conductivity type cladding layer 16 to the active layer 14. The concentration distribution of Zn is uniform. For this reason, destruction near the light emitting end face 38 caused by COD can be suppressed. Therefore, as shown in FIG. 11, the number of optical semiconductor devices in which an abnormality occurs in a reliability test by APC can be reduced. As shown in FIG. 12, an optical semiconductor device having a prescribed output in pulse IL measurement can be reduced. Obtainable. Therefore, according to the optical semiconductor device according to the first embodiment, a decrease in reliability can be suppressed.

また、実施例1の製造方法によれば、図9(b)に示すように、化合物半導体層22上に1.9の屈折率を有する第1SiN膜46を形成している。ここで、発明者が1.9の屈折率を有する第1SiN膜46を用いた理由を以下に説明する。発明者は、図9(a)から図9(c)に示す、第2拡散領域24を形成する工程で、屈折率が1.8、1.85、1.9の3種類の第1SiN膜46を用いた場合の実験を行った。図13は屈折率が1.8の第1SiN膜46を用いた場合、図14(a)は屈折率が1.85の第1SiN膜46を用いた場合、図14(b)は屈折率が1.9の第1SiN膜46を用いた場合の、図9(c)で説明した工程後における光半導体装置のSEM断面写真の模式図である。なお、光半導体の分野において、一般的にSiN膜に用いられる屈折率は1.8から1.85である。   Further, according to the manufacturing method of Example 1, as shown in FIG. 9B, the first SiN film 46 having a refractive index of 1.9 is formed on the compound semiconductor layer 22. Here, the reason why the inventor used the first SiN film 46 having a refractive index of 1.9 will be described below. The inventor forms three types of first SiN films having refractive indexes of 1.8, 1.85, and 1.9 in the step of forming the second diffusion region 24 shown in FIGS. 9A to 9C. An experiment using 46 was conducted. 13 shows the case where the first SiN film 46 having a refractive index of 1.8 is used, FIG. 14A shows the case where the first SiN film 46 having a refractive index of 1.85 is used, and FIG. FIG. 10 is a schematic diagram of an SEM cross-sectional photograph of the optical semiconductor device after the step described with reference to FIG. 9C when the 1.9 first SiN film 46 is used. In the field of optical semiconductors, the refractive index generally used for SiN films is 1.8 to 1.85.

図13を参照に、屈折率が1.8の第1SiN膜46の場合は、化合物半導体層22に形成された第2拡散領域24の表面に多数の欠陥13が生じていることが確認できる。屈折率が1.85の第1SiN膜46の場合は、図14(a)に示すように、第2拡散領域24表面の欠陥13が、屈折率が1.8の第1SiN膜46の場合に比べて少ないことが確認できる。屈折率が1.9の第1SiN膜46の場合は、図14(b)に示すように、第2拡散領域24表面にほとんど欠陥13が生じていないことが確認できる。   Referring to FIG. 13, in the case of the first SiN film 46 having a refractive index of 1.8, it can be confirmed that many defects 13 are generated on the surface of the second diffusion region 24 formed in the compound semiconductor layer 22. In the case of the first SiN film 46 having a refractive index of 1.85, as shown in FIG. 14A, the defect 13 on the surface of the second diffusion region 24 is the case of the first SiN film 46 having a refractive index of 1.8. It can be confirmed that it is less than that. In the case of the first SiN film 46 having a refractive index of 1.9, it can be confirmed that the defect 13 hardly occurs on the surface of the second diffusion region 24 as shown in FIG.

このように、屈折率の違いにより欠陥13の発生に差が生じる理由を以下に推測する。SiN膜の屈折率が低い場合は、膜質の緻密性が悪くなる。このため、図9(c)で説明した第1拡散領域23に行う第2熱処理により、化合物半導体層22中のGa(ガリウム)やAs(砒素)等が、第1SiN膜46を通過して外部に蒸発してしまい、化合物半導体層22表面に欠陥13が生じると考えられる。つまり、第2拡散領域24表面に欠陥13が生じると考えられる。したがって、化合物半導体層22が、例えばGaAs、AlGaAs、InGaAs等、GaとAsを含む場合に、化合物半導体層22表面に欠陥13が生じ易いと考えられる。   Thus, the reason for the difference in the generation of the defect 13 due to the difference in refractive index will be estimated below. When the refractive index of the SiN film is low, the denseness of the film quality is deteriorated. Therefore, the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 described with reference to FIG. 9C causes Ga (gallium), As (arsenic), or the like in the compound semiconductor layer 22 to pass through the first SiN film 46 and be externally transmitted. It is considered that the defects 13 are generated on the surface of the compound semiconductor layer 22 due to evaporation. That is, it is considered that the defect 13 is generated on the surface of the second diffusion region 24. Therefore, when the compound semiconductor layer 22 contains Ga and As such as GaAs, AlGaAs, InGaAs, etc., it is considered that the defects 13 are likely to occur on the surface of the compound semiconductor layer 22.

また、第1拡散領域23に行う第2熱処理の温度が高温になるほど、化合物半導体層22表面に生じる欠陥13が顕著に現れる。図2(a)から図3(c)に示した比較例1の製造方法のように、拡散ソース層42に熱処理を行い、第1拡散領域23を形成する場合は、熱処理の温度が高温だとZnの供給が過剰になるため、通常は熱処理の温度を抑えている。しかしながら、図9(a)から図9(c)に示した実施例1の製造方法のように、拡散ソース層42の第1熱処理と第1拡散領域23の第2熱処理との2回の熱処理により、第2拡散領域24を形成する場合は、第1拡散領域23の第2熱処理の温度を拡散ソース層42の第1熱処理の温度より高温にすることが好ましい。このため、実施例1の製造方法では、化合物半導体層22表面に欠陥13が生じ易くなる。   Further, as the temperature of the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 becomes higher, the defects 13 generated on the surface of the compound semiconductor layer 22 appear more remarkably. When the first diffusion region 23 is formed by performing heat treatment on the diffusion source layer 42 as in the manufacturing method of Comparative Example 1 shown in FIGS. 2A to 3C, the temperature of the heat treatment is high. Since the supply of Zn and Zn becomes excessive, the temperature of the heat treatment is usually suppressed. However, as in the manufacturing method of the first embodiment shown in FIGS. 9A to 9C, the first heat treatment of the diffusion source layer 42 and the second heat treatment of the first diffusion region 23 are performed twice. Thus, when the second diffusion region 24 is formed, the temperature of the second heat treatment of the first diffusion region 23 is preferably higher than the temperature of the first heat treatment of the diffusion source layer 42. For this reason, in the manufacturing method of Example 1, it becomes easy to produce the defect 13 in the compound semiconductor layer 22 surface.

これらの結果より、発明者は1.9以上の屈折率を有する第1SiN膜46を用いることで、図9(c)に示す、第1拡散領域23に行う第2熱処理により、化合物半導体層22表面に生じる欠陥13を抑制することを可能とした。これにより、化合物半導体層22上に形成する保護層30と化合物半導体層22との密着性の低下の抑制や、p型コンタクト層20に接するように保護層30上に形成するp側電極32とp型コンタクト層20とのコンタクト抵抗の増加を抑制することができる。特に、化合物半導体層22がGaとAsを含む場合は、化合物半導体層22表面に欠陥13が生じ易いため、1.9以上の屈折率を有する第1SiN膜46を用いる効果が大きくなる。また、図9(a)に示すマスク層39に、屈折率が1.9以上のSiN膜を用いてもよい。この場合は、第1拡散領域23を形成する際の拡散ソース層42に行う第1熱処理により生じる可能性がある、化合物半導体層22表面の欠陥13を抑制することができる。   From these results, the inventor uses the first SiN film 46 having a refractive index of 1.9 or more, and the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 shown in FIG. It was possible to suppress the defects 13 generated on the surface. Thereby, suppression of the adhesive fall of the protective layer 30 formed on the compound semiconductor layer 22 and the compound semiconductor layer 22 is suppressed, and the p-side electrode 32 formed on the protective layer 30 so as to be in contact with the p-type contact layer 20. An increase in contact resistance with the p-type contact layer 20 can be suppressed. In particular, when the compound semiconductor layer 22 contains Ga and As, the defect 13 is likely to occur on the surface of the compound semiconductor layer 22, so that the effect of using the first SiN film 46 having a refractive index of 1.9 or more is increased. Further, a SiN film having a refractive index of 1.9 or more may be used for the mask layer 39 shown in FIG. In this case, the defects 13 on the surface of the compound semiconductor layer 22 that may be generated by the first heat treatment performed on the diffusion source layer 42 when forming the first diffusion region 23 can be suppressed.

実施例1の製造方法によれば、図9(a)に示すように、第1拡散領域23を形成する際、拡散ソース層42に610℃で5分間の第1熱処理を実施し、図9(c)に示すように、第2拡散領域24を形成する際、第1拡散領域23に630℃で30分間の第2熱処理を実施している。このように、第2拡散領域24を形成する際に行う第2熱処理の温度を、第1拡散領域23を形成する際に行う第1熱処理の温度より高くすることで、第1拡散領域23のZnを化合物半導体層22に拡散させることができ、Znの濃度が低く、且つ、濃度分布の小さい第2拡散領域24を形成することができる。特に、第2拡散領域24を形成する際に第1拡散領域23に行う第2熱処理の温度は、630℃〜850℃である場合が好ましい。   According to the manufacturing method of Example 1, as shown in FIG. 9A, when the first diffusion region 23 is formed, the diffusion heat source layer 42 is subjected to the first heat treatment at 610 ° C. for 5 minutes. As shown in (c), when the second diffusion region 24 is formed, a second heat treatment is performed on the first diffusion region 23 at 630 ° C. for 30 minutes. As described above, by setting the temperature of the second heat treatment performed when forming the second diffusion region 24 higher than the temperature of the first heat treatment performed when forming the first diffusion region 23, Zn can be diffused into the compound semiconductor layer 22, and the second diffusion region 24 having a low concentration of Zn and a small concentration distribution can be formed. In particular, the temperature of the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 when forming the second diffusion region 24 is preferably 630 ° C. to 850 ° C.

また、図9(c)に示すように、第2拡散領域24を形成する際、第1拡散領域23に行う第2熱処理に、ラピッドサーマルアニール(RTA)を用いた場合を例に示したがこれに限られない。ファーネスアニール等、その他の方法を用いることもできる。また、図9(a)に示す第1拡散領域23の形成の際、拡散ソース層42に行う第1熱処理にも、ラピッドサーマルアニールやファーネスアニール等を用いることができる。   Further, as shown in FIG. 9C, the case where rapid thermal annealing (RTA) is used for the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 when forming the second diffusion region 24 is shown as an example. It is not limited to this. Other methods such as furnace annealing can also be used. In addition, when the first diffusion region 23 shown in FIG. 9A is formed, rapid thermal annealing, furnace annealing, or the like can also be used for the first heat treatment performed on the diffusion source layer 42.

さらに、拡散ソース層42はZnを含み、Znを拡散させて、第2拡散領域24を形成する場合を例に示したがこれに限られない。CODに起因した光出射端面38近傍での破壊を抑制することが可能であれば、拡散ソース層42はその他の不純物を含んでいる場合でもよい。   Furthermore, although the case where the diffusion source layer 42 contains Zn and the second diffusion region 24 is formed by diffusing Zn is shown as an example, the present invention is not limited thereto. The diffusion source layer 42 may contain other impurities as long as the destruction near the light emitting end face 38 due to COD can be suppressed.

実施例2は、第2熱処理により第2拡散領域24を形成する工程に続いて、第2拡散領域24に第3熱処理を行い、第3拡散領域を形成する場合の例である。実施例2に係る光半導体装置の構造は、第2拡散領域24の代わりに第3拡散領域25が設けられている以外は、実施例1と同じであり、図7、図8(a)および図8(b)に示しているため説明を省略する。また、製造方法は、第2拡散領域24に第3熱処理を行い、第3拡散領域25を形成する工程以外は、実施例1と同じであり、図1(a)から図1(e)および図9(a)から図9(c)に示している。   Example 2 is an example in which the third diffusion region is formed by performing the third heat treatment on the second diffusion region 24 following the step of forming the second diffusion region 24 by the second heat treatment. The structure of the optical semiconductor device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment except that the third diffusion region 25 is provided instead of the second diffusion region 24, and FIGS. Since it is shown in FIG.8 (b), description is abbreviate | omitted. The manufacturing method is the same as that of Example 1 except that a third heat treatment is performed on the second diffusion region 24 to form the third diffusion region 25, and FIGS. 1 (a) to 1 (e) and FIG. This is shown in FIGS. 9A to 9C.

次に、図15(a)から図15(c)を用い、第2拡散領域24に第3熱処理を行い、第3拡散領域25を形成する工程について説明する。まず、図9(a)から図9(c)で示した製造方法を用いて、第2拡散領域24を形成する。その後、図15(a)を参照に、第1SiN膜46を除去する。   Next, a process of forming the third diffusion region 25 by performing the third heat treatment on the second diffusion region 24 will be described with reference to FIGS. First, the second diffusion region 24 is formed using the manufacturing method shown in FIGS. 9A to 9C. Thereafter, referring to FIG. 15A, the first SiN film 46 is removed.

図15(b)を参照に、化合物半導体層22上に、新たに、屈折率が1.85で、厚さが150nmの第2SiN膜47を形成する。なお、第2SiN膜47の屈折率は1.87以下である場合が好ましい。1.87以下の屈折率を有するSiN膜を用いる理由は以下の通りである。図13および図14で説明したように、屈折率の低いSiN膜は、膜質の緻密性が悪いため、熱処理により拡散された物質が、SiN膜に取り込まれる。この性質を利用し、膜質の緻密性が比較的低い、屈折率1.87以下の第2SiN膜47を用いて、熱処理により拡散されたZnを第2SiN膜47に取り込ませるようにするためである。   Referring to FIG. 15B, a second SiN film 47 having a refractive index of 1.85 and a thickness of 150 nm is newly formed on the compound semiconductor layer 22. The refractive index of the second SiN film 47 is preferably 1.87 or less. The reason for using a SiN film having a refractive index of 1.87 or less is as follows. As described with reference to FIGS. 13 and 14, since the SiN film having a low refractive index has poor film quality, the substance diffused by the heat treatment is taken into the SiN film. This is to make use of this property to incorporate Zn diffused by the heat treatment into the second SiN film 47 using the second SiN film 47 having a relatively low film quality and a refractive index of 1.87 or less. .

図15(c)を参照に、例えば、ラピッドサーマルアニール(RTA)を用いて、第2拡散領域24に600℃で30分間の第3熱処理を行い、第3拡散領域25を形成する。ここで、第2SiN膜47の屈折率は1.85と、第2拡散領域24の形成の際に用いた第1SiN膜46(屈折率1.9)に比べて低屈折率である。このため、図13および図14で説明したように、第3熱処理では欠陥13の発生が多くなる。しかしながら、第3熱処理の温度を第2熱処理の温度に比べて低温とすることで、欠陥13の発生を抑制している。したがって、第3熱処理での好ましい温度は、550℃〜600℃である。また、前述したように、屈折率の低いSiN膜は、緻密性が悪く、拡散された物質が取り込まれ易い。よって、第2拡散領域24に含まれていたZnは、第3熱処理により拡散されて、第2SiN膜47に取り込まれる。なお、第3熱処理は、ラピッドサーマルアニールの他にファーネスアニール等を用いることができる。   Referring to FIG. 15C, the third diffusion region 25 is formed by performing a third heat treatment at 600 ° C. for 30 minutes, for example, using rapid thermal annealing (RTA). Here, the refractive index of the second SiN film 47 is 1.85, which is lower than that of the first SiN film 46 (refractive index 1.9) used in forming the second diffusion region 24. For this reason, as described with reference to FIGS. 13 and 14, the number of defects 13 increases in the third heat treatment. However, the generation of the defect 13 is suppressed by setting the temperature of the third heat treatment to be lower than the temperature of the second heat treatment. Therefore, a preferable temperature in the third heat treatment is 550 ° C to 600 ° C. Further, as described above, the SiN film having a low refractive index has poor density, and the diffused material is easily taken in. Therefore, Zn contained in the second diffusion region 24 is diffused by the third heat treatment and taken into the second SiN film 47. For the third heat treatment, furnace annealing or the like can be used in addition to rapid thermal annealing.

図16に、実施例2に係る半導体装置について、2次イオン質量分析法(SIMS)を用いて、第2拡散領域24に含まれるZnの濃度分布について評価した結果を示す。図16の横軸は化合物半導体層22表面からの距離であり、縦軸はZnの濃度である。図16中の実線のグラフは、実施例2の第3拡散領域25の濃度プロファイルを示しており、破線のグラフは、実施例1の第2拡散領域24の濃度プロファイルを示している。図16に示すように、実施例2によれば、実施例1に比べて、活性層14におけるZnの濃度を更に低くすることができる。これは、第2拡散領域24に含まれていたZnが、第3熱処理により、第2SiN膜47に取り込まれたためと考えられる。   FIG. 16 shows the results of evaluating the concentration distribution of Zn contained in the second diffusion region 24 using secondary ion mass spectrometry (SIMS) for the semiconductor device according to Example 2. The horizontal axis of FIG. 16 is the distance from the surface of the compound semiconductor layer 22, and the vertical axis is the concentration of Zn. The solid line graph in FIG. 16 shows the concentration profile of the third diffusion region 25 of Example 2, and the broken line graph shows the concentration profile of the second diffusion region 24 of Example 1. As shown in FIG. 16, according to Example 2, the concentration of Zn in the active layer 14 can be further reduced as compared with Example 1. This is presumably because Zn contained in the second diffusion region 24 was taken into the second SiN film 47 by the third heat treatment.

なお、図15(c)のように、第3熱処理を実行した後、第2SiN膜47とp型コンタクト層20の表面とにZnが拡散されて、第2SiN膜47とp型コンタクト層20の表面とのZnの濃度は高濃度になる。第2SiN膜47とp型コンタクト層20の表面とに拡散されたZnは、光半導体装置が動作する高温、高電界状態において、再び化合物半導体層22の内部方向に移動する。このため、光半導体装置の信頼性が低下する。したがって、図17に示すように、第3熱処理を行い、第3拡散領域25を形成した後、第2SiN膜47を除去し、その後、p型コンタクト層20の表面部分を除去することが好ましい。p型コンタクト層20の表面部分の除去は、例えば、ウエットエッチング法を用いて50nm程度除去すればよい。また、第2SiN膜47とp型コンタクト層20の表面との両方を除去せずに、第2SiN膜47のみを除去する場合でもよい。   As shown in FIG. 15C, after the third heat treatment is performed, Zn is diffused into the second SiN film 47 and the surface of the p-type contact layer 20, and the second SiN film 47 and the p-type contact layer 20 are formed. The Zn concentration with the surface is high. Zn diffused in the second SiN film 47 and the surface of the p-type contact layer 20 moves again in the internal direction of the compound semiconductor layer 22 in a high temperature and high electric field state where the optical semiconductor device operates. For this reason, the reliability of the optical semiconductor device is lowered. Therefore, as shown in FIG. 17, it is preferable to perform the third heat treatment to form the third diffusion region 25, then remove the second SiN film 47, and then remove the surface portion of the p-type contact layer 20. The surface portion of the p-type contact layer 20 may be removed by, for example, about 50 nm using a wet etching method. Alternatively, only the second SiN film 47 may be removed without removing both the second SiN film 47 and the surface of the p-type contact layer 20.

実施例2においても、実施例1と同様に、APCによる信頼性試験およびパルスI−L測定に関して、良好な結果を得ることができ、信頼性の低下を抑制することができる。   In the second embodiment, as in the first embodiment, good results can be obtained with respect to the reliability test by APC and the pulse IL measurement, and a decrease in reliability can be suppressed.

実施例3は、第1熱処理の条件および第2熱処理の条件が、実施例1と異なる場合の例である。実施例3に係る光半導体装置の構造は、実施例1と同じであり、図7、図8(a)および図8(b)に示しているため説明を省略する。また、製造方法は、第1拡散領域23を形成する際に、拡散ソース層42に行う第1熱処理の温度が610℃で時間が2分間であること、および、第2拡散領域24を形成する際に、第1拡散領域23に行う第2熱処理の温度が630℃で時間が5分間であること以外は、図1(a)から図1(e)および図9(a)から図9(c)に示した、実施例1に係る光半導体装置と同じである。   Example 3 is an example in which the conditions of the first heat treatment and the conditions of the second heat treatment are different from those of Example 1. The structure of the optical semiconductor device according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, and the description thereof is omitted because it is illustrated in FIGS. 7, 8A, and 8B. In the manufacturing method, when the first diffusion region 23 is formed, the temperature of the first heat treatment performed on the diffusion source layer 42 is 610 ° C. and the time is 2 minutes, and the second diffusion region 24 is formed. In this case, except that the temperature of the second heat treatment performed on the first diffusion region 23 is 630 ° C. and the time is 5 minutes, FIGS. 1A to 1E and FIGS. This is the same as the optical semiconductor device according to Example 1 shown in c).

図18に実施例3に係る光半導体装置について、2次イオン質量分析法(SIMS)を用いて、第2拡散領域24に含まれるZnの濃度分布について評価した結果を示す。図18の横軸は化合物半導体層22表面からの距離であり、縦軸はZnの濃度である。図18によれば、活性層14におけるZnの濃度は約1×1018/cmである。また、第2導電型クラッド層16上面から活性層14下面にかけて(領域D)のZnの濃度分布は、領域Dの標準偏差σ/領域Dの平均値、の値が約9%と小さいことが確認できる。 FIG. 18 shows the result of evaluating the concentration distribution of Zn contained in the second diffusion region 24 using secondary ion mass spectrometry (SIMS) for the optical semiconductor device according to Example 3. The horizontal axis in FIG. 18 is the distance from the surface of the compound semiconductor layer 22, and the vertical axis is the concentration of Zn. According to FIG. 18, the concentration of Zn in the active layer 14 is about 1 × 10 18 / cm 3 . Further, from the upper surface of the second conductivity type cladding layer 16 to the lower surface of the active layer 14, the Zn concentration distribution (region D) has a small value of about 9% of the standard deviation σ of the region D / the average value of the region D. I can confirm.

次に、図19に実施例3に係る光半導体装置についての、APCによる信頼性試験の結果を、図20にパルスI−L測定の結果を示す。図19を参照に、100時間におよぶAPCによる信頼性試験で、動作電流の著しい上昇等は確認されず、安定して動作していることが確認できる。図20を参照に、注入電流に比例して光出力も増加し、規定出力である300mWに到達していることが確認できる。このように、実施例3に係る光半導体装置においても、信頼性の低下を抑制することができる。   Next, FIG. 19 shows the result of the APC reliability test for the optical semiconductor device according to Example 3, and FIG. 20 shows the result of the pulse IL measurement. Referring to FIG. 19, in a reliability test using APC for 100 hours, a significant increase in operating current is not confirmed, and it can be confirmed that the device is operating stably. Referring to FIG. 20, it can be confirmed that the light output increases in proportion to the injection current and reaches 300 mW which is the specified output. Thus, also in the optical semiconductor device according to the third embodiment, it is possible to suppress a decrease in reliability.

実施例3によれば、第1拡散領域23を形成する際に拡散ソース層42に行う第1熱処理の温度が610℃で時間が2分間であり、第2拡散領域24を形成する際に第1拡散領域23に行う第2熱処理の温度が630℃で時間が5分間である。このため、図18に示すように、Znの濃度が1×1018/cmの領域は基板10にまで達していない。つまり、第2拡散領域24は基板10にまで達していない。 According to the third embodiment, the temperature of the first heat treatment performed on the diffusion source layer 42 when the first diffusion region 23 is formed is 610 ° C. and the time is 2 minutes, and the second diffusion region 24 is formed when the second diffusion region 24 is formed. The temperature of the second heat treatment performed on one diffusion region 23 is 630 ° C. and the time is 5 minutes. Therefore, as shown in FIG. 18, the region where the Zn concentration is 1 × 10 18 / cm 3 does not reach the substrate 10. That is, the second diffusion region 24 does not reach the substrate 10.

ここで、図21に、第2拡散領域24が基板10にまで達している実施例1(図10参照)と、第2拡散領域24が基板10にまで達していない実施例3と、のI−V特性を示す。図21を参照に、実施例3は実施例1に比べて、電圧が1.0V付近から2.2V付近にかけて、電流が抑制されていることが確認できる。これは、第2拡散領域24が基板10に達していない場合は、p側電極32から第2拡散領域24を介して基板10に流れ込むリーク電流を抑制することができるためである。第2拡散領域24を流れる電流が抑制されると、第2拡散領域24での発熱を抑制することができる。つまり、熱吸収により生じる光出射端面38近傍の破壊を抑制することができる。これにより、実施例3に係る光半導体装置は実施例1に係る光半導体装置よりも信頼性を向上させることができる。よって、第2拡散領域24は基板10にまで達しないように形成する場合が好ましい。なお、実施例2で形成する第3拡散領域25においても、同じ理由から、基板10にまで達しないように形成する場合が好ましい。   Here, FIG. 21 shows the I of the first example in which the second diffusion region 24 reaches the substrate 10 (see FIG. 10) and the third example in which the second diffusion region 24 does not reach the substrate 10. -V characteristics are shown. Referring to FIG. 21, it can be confirmed that the current in Example 3 is suppressed from around 1.0 V to around 2.2 V compared to Example 1. This is because when the second diffusion region 24 does not reach the substrate 10, a leak current flowing from the p-side electrode 32 into the substrate 10 through the second diffusion region 24 can be suppressed. When the current flowing through the second diffusion region 24 is suppressed, heat generation in the second diffusion region 24 can be suppressed. That is, it is possible to suppress breakage in the vicinity of the light emitting end face 38 caused by heat absorption. As a result, the optical semiconductor device according to the third embodiment can be more reliable than the optical semiconductor device according to the first embodiment. Therefore, the second diffusion region 24 is preferably formed so as not to reach the substrate 10. Note that the third diffusion region 25 formed in Example 2 is also preferably formed so as not to reach the substrate 10 for the same reason.

実施例1から実施例3において、図10、図16および図18に示すように、活性層14のZnの濃度は、約2×1018/cmおよび約1×1018/cmである場合を示した。しかしながら、これらの場合に限られず、活性層14のZnの濃度が1×1018/cmから5×1018/cmの範囲内である場合でも、実施例1から実施例3と同様に、光半導体装置の信頼性の低下を抑制することができる。特に、活性層14におけるZnの濃度が、0.5×1018/cmから5×1018/cmの範囲内にある場合が好ましい。 In the first to third embodiments, as shown in FIGS. 10, 16 and 18, the concentration of Zn in the active layer 14 is approximately 2 × 10 18 / cm 3 and about 1 × 10 18 / cm 3 Showed the case. However, the present invention is not limited to these cases, and even when the Zn concentration in the active layer 14 is in the range of 1 × 10 18 / cm 3 to 5 × 10 18 / cm 3 , the same as in the first to third embodiments. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the reliability of the optical semiconductor device. In particular, it is preferable that the concentration of Zn in the active layer 14 is in the range of 0.5 × 10 18 / cm 3 to 5 × 10 18 / cm 3 .

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

図1(a)から図1(e)は比較例1に係る光半導体装置の製造方法を示す模式的斜視図である。FIG. 1A to FIG. 1E are schematic perspective views showing a method for manufacturing an optical semiconductor device according to Comparative Example 1. 図2(a)から図2(c)は比較例1に係る光半導体装置において、第1拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図(その1)である。2A to 2C are schematic cross-sectional views (No. 1) showing a method of forming the first diffusion region in the optical semiconductor device according to Comparative Example 1. FIG. 図3(a)から図3(c)は比較例1に係る光半導体装置において、第1拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図(その2)である。FIGS. 3A to 3C are schematic cross-sectional views (No. 2) showing a method of forming the first diffusion region in the optical semiconductor device according to Comparative Example 1. FIGS. 図4は比較例1に係る光半導体装置の第1拡散領域におけるZnの濃度分布を、2次イオン質量分析法(SIMS)を用いて評価した結果である。FIG. 4 shows the results of evaluating the Zn concentration distribution in the first diffusion region of the optical semiconductor device according to Comparative Example 1 using secondary ion mass spectrometry (SIMS). 図5は比較例1に係る光半導体装置についての、APCによる信頼性試験の結果である。FIG. 5 shows the result of a reliability test by APC for the optical semiconductor device according to Comparative Example 1. 図6は比較例1に係る光半導体装置についての、パルスI−L測定の結果である。FIG. 6 shows the result of pulse IL measurement for the optical semiconductor device according to Comparative Example 1. 図7は実施例1に係る光半導体装置の模式的斜視図である。FIG. 7 is a schematic perspective view of the optical semiconductor device according to the first embodiment. 図8(a)は図7のA−A間の模式的断面図であり、図8(b)は図7のB−B間の模式的断面図である。8A is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 7, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 図9(a)から図9(c)は実施例1に係る光半導体装置において、第2拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図である。FIG. 9A to FIG. 9C are schematic cross-sectional views illustrating a method for forming the second diffusion region in the optical semiconductor device according to the first embodiment. 図10は実施例1に係る光半導体装置の第2拡散領域におけるZnの濃度分布を、2次イオン質量分析法(SIMS)を用いて評価した結果である。FIG. 10 shows the results of evaluating the Zn concentration distribution in the second diffusion region of the optical semiconductor device according to Example 1 using secondary ion mass spectrometry (SIMS). 図11は実施例1に係る光半導体装置についての、APCによる信頼性試験の結果である。FIG. 11 shows the results of a reliability test by APC for the optical semiconductor device according to Example 1. 図12は実施例1に係る光半導体装置についての、パルスI−L測定の結果である。FIG. 12 shows the results of pulse IL measurement for the optical semiconductor device according to Example 1. 図13は第1SiN膜46の屈折率が1.8の場合の、光半導体装置のSEM断面写真の模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram of an SEM cross-sectional photograph of the optical semiconductor device when the refractive index of the first SiN film 46 is 1.8. 図14(a)は第1SiN膜46の屈折率が1.85の場合の、光半導体装置のSEM断面写真の模式図であり、図14(b)は第1SiN膜46の屈折率が1.9の場合の、光半導体装置のSEM断面写真の模式図である。14A is a schematic diagram of a SEM cross-sectional photograph of the optical semiconductor device when the refractive index of the first SiN film 46 is 1.85, and FIG. 9 is a schematic diagram of an SEM cross-sectional photograph of an optical semiconductor device in the case of 9. FIG. 図15(a)から図15(c)は実施例2に係る光半導体装置において、第3拡散領域を形成する方法を示す模式的断面図である。FIG. 15A to FIG. 15C are schematic cross-sectional views illustrating a method of forming the third diffusion region in the optical semiconductor device according to the second embodiment. 図16は実施例2に係る光半導体装置の第3拡散領域におけるZnの濃度分布を、2次イオン質量分析法(SIMS)を用いて評価した結果である。FIG. 16 shows the results of evaluating the Zn concentration distribution in the third diffusion region of the optical semiconductor device according to Example 2 using secondary ion mass spectrometry (SIMS). 図17は第2SiN膜および化合物半導体層の表面を除去する工程を示す模式的断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a step of removing the surfaces of the second SiN film and the compound semiconductor layer. 図18は実施例3に係る光半導体装置の第2拡散領域におけるZnの濃度分布を、2次イオン質量分析法(SIMS)を用いて評価した結果である。FIG. 18 shows the results of evaluating the Zn concentration distribution in the second diffusion region of the optical semiconductor device according to Example 3 using secondary ion mass spectrometry (SIMS). 図19は実施例3に係る光半導体装置についての、APCによる信頼性試験の結果である。FIG. 19 shows the result of the APC reliability test for the optical semiconductor device according to Example 3. 図20は実施例3に係る光半導体装置についての、パルスI−L測定の結果である。FIG. 20 shows the results of pulse IL measurement for the optical semiconductor device according to Example 3. 図21は実施例1に係る光半導体装置と実施例3に係る光半導体装置とについてのI−V測定の結果である。FIG. 21 shows the results of IV measurement for the optical semiconductor device according to Example 1 and the optical semiconductor device according to Example 3.

符号の説明Explanation of symbols

10 基板
12 第1導電型クラッド層
13 欠陥
14 活性層
16 第2導電型クラッド層
18 ストッパー層
20 p型コンタクト層
22 化合物半導体層
23 第1拡散領域
24 第2拡散領域
25 第3拡散領域
26 窪み部
28 リッジ部
30 保護層
32 p側電極
34 端面
36 端面
38 光出射端面
39 マスク層
40 フォトレジスト
41 開口部
42 拡散ソース層
44 キャップ層
46 第1SiN膜
47 第2SiN膜
48 導波路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 1st conductivity type clad layer 13 Defect 14 Active layer 16 2nd conductivity type clad layer 18 Stopper layer 20 p-type contact layer 22 Compound semiconductor layer 23 1st diffusion region 24 2nd diffusion region 25 3rd diffusion region 26 Depression Part 28 ridge part 30 protective layer 32 p-side electrode 34 end face 36 end face 38 light emitting end face 39 mask layer 40 photoresist 41 opening 42 diffusion source layer 44 cap layer 46 first SiN film 47 second SiN film 48 waveguide

Claims (15)

基板上に、第1導電型クラッド層、活性層および前記第1導電型と反対の導電型である第2導電型クラッド層を含む化合物半導体層を備える光半導体装置の製造方法において、
前記化合物半導体層上に拡散ソース層を形成する工程と、
第1熱処理を行い、前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に第1拡散領域を形成する工程と、
前記拡散ソース層を除去する工程と、
前記化合物半導体層上に1.9以上の屈折率を有する第1SiN膜を形成する工程と、
第2熱処理を行い、前記第1拡散領域を第2拡散領域とする工程と、
を順に実行することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing an optical semiconductor device comprising a compound semiconductor layer including a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type cladding layer opposite to the first conductivity type on a substrate.
Forming a diffusion source layer on the compound semiconductor layer;
Performing a first heat treatment and forming a first diffusion region in the compound semiconductor layer so as to include a light emitting end face that emits light from the active layer;
Removing the diffusion source layer;
Forming a first SiN film having a refractive index of 1.9 or more on the compound semiconductor layer;
Performing a second heat treatment to make the first diffusion region a second diffusion region;
Are sequentially executed. A method for manufacturing an optical semiconductor device, comprising:
前記第2熱処理の温度は、前記第1熱処理の温度より高いことを特徴とする請求項1記載の光半導体装置の製造方法。   2. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the temperature of the second heat treatment is higher than the temperature of the first heat treatment. 前記第2拡散領域を形成する工程は、前記基板にまで達しないように、前記第2拡散領域を形成する工程であることを特徴とする請求項1または2記載の光半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the second diffusion region is a step of forming the second diffusion region so as not to reach the substrate. 前記第1熱処理および前記第2熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the first heat treatment and the second heat treatment use rapid thermal annealing or furnace annealing. 5. 前記第2拡散領域を形成する工程の後、前記第1SiN膜を除去する工程と、
前記化合物半導体層上に1.87以下の屈折率を有する第2SiN膜を形成する工程と、
第3熱処理を行い、前記第2拡散領域を第3拡散領域とする工程と、
を順に実行することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。
After the step of forming the second diffusion region, removing the first SiN film;
Forming a second SiN film having a refractive index of 1.87 or less on the compound semiconductor layer;
Performing a third heat treatment to make the second diffusion region a third diffusion region;
5. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device is sequentially executed.
前記第3熱処理の温度は、前記第2熱処理の温度より低いことを特徴とする請求項5記載の光半導体装置の製造方法。   6. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 5, wherein the temperature of the third heat treatment is lower than the temperature of the second heat treatment. 前記第3拡散領域を形成する工程の後、前記第2SiN膜を除去する工程を有することを特徴とする請求項5または6記載の光半導体装置の製造方法。   7. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 5, further comprising a step of removing the second SiN film after the step of forming the third diffusion region. 前記第2SiN膜を除去する工程の後、前記化合物半導体層の表面を除去する工程を有することを特徴とする請求項7記載の光半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 7, further comprising a step of removing a surface of the compound semiconductor layer after the step of removing the second SiN film. 前記第3熱処理は、ラピッドサーマルアニールもしくはファーネスアニールを用いることを特徴とする請求項5から8のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。   9. The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 5, wherein the third heat treatment uses rapid thermal annealing or furnace annealing. 前記化合物半導体層は、GaとAsを含むことを特徴とする請求項1から9のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor layer contains Ga and As. 前記拡散ソース層は、Znを含むことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the diffusion source layer contains Zn. 基板上に順次設けられた、第1導電型クラッド層、活性層および前記第1導電型と反対の導電型である第2導電型クラッド層を含む化合物半導体層と、
前記活性層からの光を出射する光出射端面を含むように、前記化合物半導体層に設けられた第2拡散領域および第3拡散領域のいずれか一方と、を具備し、
前記第2拡散領域および前記第3拡散領域のいずれか一方に含まれる不純物の濃度分布は、前記第2導電型クラッド層から前記活性層にかけて均一であることを特徴とする光半導体装置。
A compound semiconductor layer including a first conductivity type clad layer, an active layer, and a second conductivity type clad layer which is a conductivity type opposite to the first conductivity type, sequentially provided on the substrate;
Including any one of a second diffusion region and a third diffusion region provided in the compound semiconductor layer so as to include a light emission end face that emits light from the active layer,
An optical semiconductor device, wherein a concentration distribution of impurities contained in any one of the second diffusion region and the third diffusion region is uniform from the second conductivity type cladding layer to the active layer.
前記第2拡散領域および前記第3拡散領域のいずれか一方は、前記基板にまで達していないことを特徴とする請求項12記載の光半導体装置。   13. The optical semiconductor device according to claim 12, wherein any one of the second diffusion region and the third diffusion region does not reach the substrate. 前記不純物は、Znであることを特徴とする請求項12または13記載の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 12, wherein the impurity is Zn. 前記化合物半導体層は、リッジ部を有することを特徴とする請求項12から14のいずれか一項記載の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 12, wherein the compound semiconductor layer has a ridge portion.
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