JP2011151240A - Epitaxial wafer, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エピタキシャルウエハ及びエピタキシャルウエハの製造方法に関する。特に、本発明は、発光素子用のエピタキシャルウエハ及びエピタキシャルウエハの製造方法に関する。 The present invention relates to an epitaxial wafer and an epitaxial wafer manufacturing method. In particular, the present invention relates to an epitaxial wafer for a light emitting device and a method for manufacturing the epitaxial wafer.
従来、n型GaAs基板上に、少なくともAlGaInP系材料からなるn型クラッド層、活性層、及びp型クラッド層を順次積層したダブルヘテロ構造を有する化合物半導体エピタキシャルウエハにおいて、AlGaInP系材料からなるp型クラッド層中のp型不純物が炭素であり、p型クラッド層中のキャリア濃度が8.0×1017cm−3以上、1.5×1018cm−3以下の範囲であるレーザーダイオード用エピタキシャルウエハが知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, in a compound semiconductor epitaxial wafer having a double heterostructure in which at least an n-type cladding layer made of an AlGaInP-based material, an active layer, and a p-type cladding layer are sequentially laminated on an n-type GaAs substrate, a p-type made of an AlGaInP-based material. The p-type impurity in the cladding layer is carbon, and the carrier concentration in the p-type cladding layer is in the range of 8.0 × 10 17 cm −3 or more and 1.5 × 10 18 cm −3 or less. A wafer is known (for example, refer to Patent Document 1).
特許文献1に記載のレーザーダイオード用エピタキシャルウエハは、p型AlGaInPクラッド層中のp型不純物に炭素を用いることによりp型不純物の活性層への拡散を低減できるので、動作電流値が低く、信頼性が高いレーザーダイオードを提供できる。 The epitaxial wafer for laser diode described in Patent Document 1 can reduce the diffusion of the p-type impurity into the active layer by using carbon as the p-type impurity in the p-type AlGaInP cladding layer. A high-performance laser diode can be provided.
まず、AlGaInP等の化合物半導体中においては、炭素(C)、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)の順に拡散しやすい。したがって、活性層への不純物の拡散を抑制することのみを目的とする場合、特許文献1に記載のように、不純物として炭素(C)を用いることが最適である。しかしながら、従来、Mg又はZnを不純物に用いた発光素子用のエピタキシャルウエハから製造される発光素子の製造プロセスにおいては、Mg又はZnの活性層への拡散が発生することを前提にして製造プロセスが設計されている。よって、不純物として炭素を用いる場合、不純物としてMg又はZnを用いることを前提にして設計された製造プロセス、製造技術、製造ノウハウをそのまま採用することができない場合がある。 First, in a compound semiconductor such as AlGaInP, carbon (C), magnesium (Mg), and zinc (Zn) are likely to diffuse in this order. Therefore, when only aiming at suppressing the diffusion of impurities into the active layer, as described in Patent Document 1, it is optimal to use carbon (C) as the impurities. However, conventionally, in the manufacturing process of a light emitting device manufactured from an epitaxial wafer for a light emitting device using Mg or Zn as an impurity, the manufacturing process is based on the assumption that diffusion of Mg or Zn into the active layer occurs. Designed. Therefore, when carbon is used as an impurity, a manufacturing process, a manufacturing technique, and manufacturing know-how designed on the assumption that Mg or Zn is used as an impurity may not be used as it is.
したがって、本発明の目的は、蓄積された製造技術、製造ノウハウを活かすことができ、かつ、p型不純物の拡散を抑制できるエピタキシャルウエハ及びエピタキシャルウエハの製造方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an epitaxial wafer and an epitaxial wafer manufacturing method that can make use of the accumulated manufacturing technology and manufacturing know-how and can suppress the diffusion of p-type impurities.
本発明は、上記目的を達成するため、半導体基板と、半導体基板の上方に設けられるn型クラッド層と、n型クラッド層の上方に設けられ、5.0×1015cm−3以下の原子濃度の炭素と、1.0×1016cm−3以上1.6×1016cm−3以下の原子濃度のマグネシウムと、1.1×1016cm−3以上5.0×1018cm−3以下の原子濃度の亜鉛とを含む活性層と、活性層の上方に設けられ、炭素がドープされた炭素ドープ層と、炭素ドープ層上に設けられ、不純物がドーピングされていないアンドープ層と、アンドープ層上に設けられ、マグネシウムがドープされたマグネシウムドープ層とを有するp型クラッド層と、p型クラッド層上に設けられ、亜鉛を含むp型キャップ層とを備えるエピタキシャルウエハが提供される。 In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate, an n-type cladding layer provided above the semiconductor substrate, and an atom of 5.0 × 10 15 cm −3 or less provided above the n-type cladding layer. Concentration of carbon, magnesium having an atomic concentration of 1.0 × 10 16 cm −3 or more and 1.6 × 10 16 cm −3 or less, and 1.1 × 10 16 cm −3 or more and 5.0 × 10 18 cm −. An active layer containing zinc having an atomic concentration of 3 or less, a carbon-doped layer provided above the active layer and doped with carbon, an undoped layer provided on the carbon-doped layer and not doped with impurities, An epitaxial wafer comprising a p-type cladding layer provided on an undoped layer and having a magnesium-doped layer doped with magnesium, and a p-type cap layer provided on the p-type cladding layer and containing zinc Is provided.
また、上記エピタキシャルウエハにおいて、半導体基板が、n型GaAs基板であり、n型クラッド層、活性層、及びp型クラッド層が、AlGaInP系化合物半導体からなり、p型キャップ層が、p型GaAsからなることが好ましい。 In the epitaxial wafer, the semiconductor substrate is an n-type GaAs substrate, the n-type cladding layer, the active layer, and the p-type cladding layer are made of an AlGaInP-based compound semiconductor, and the p-type cap layer is made of p-type GaAs. It is preferable to become.
また、上記エピタキシャルウエハにおいて、炭素ドープ層が、1.0×1017cm−3以上8.0×1018cm−3以下の原子濃度の炭素を含み、マグネシウムドープ層が、5.0×1017cm−3以上8.0×1018cm−3以下の原子濃度のマグネシウムを含み、p型キャップ層が、5.0×1017cm−3以上1.2×1020cm−3以下の原子濃度の亜鉛を含むことが好ましい。 In the epitaxial wafer, the carbon doped layer contains carbon having an atomic concentration of 1.0 × 10 17 cm −3 or more and 8.0 × 10 18 cm −3 or less, and the magnesium doped layer is 5.0 × 10 10. It contains magnesium having an atomic concentration of 17 cm −3 or more and 8.0 × 10 18 cm −3 or less, and the p-type cap layer is 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 1.2 × 10 20 cm −3 or less. It preferably contains an atomic concentration of zinc.
また、上記エピタキシャルウエハにおいて、p型クラッド層が、炭素ドープ層と、アンドープ層と、マグネシウムドープ層とからなり、炭素ドープ層が、マグネシウムドープ層の厚さの5%以上60%以下の厚さを有し、アンドープ層が、5nm以上10nm以下の厚さを有することが好ましい。 In the epitaxial wafer, the p-type cladding layer is composed of a carbon-doped layer, an undoped layer, and a magnesium-doped layer, and the carbon-doped layer has a thickness of 5% to 60% of the thickness of the magnesium-doped layer. The undoped layer preferably has a thickness of 5 nm to 10 nm.
また、本発明は、上記目的を達成するため、n型GaAs基板と、n型GaAs基板の上方に設けられるn型クラッド層と、n型クラッド層の上方に設けられる活性層と、活性層の上方に設けられ、炭素がドープされた炭素ドープ層と、炭素ドープ層上に設けられ、不純物がドーピングされていないアンドープ層と、アンドープ層上に設けられ、亜鉛がドープされた亜鉛ドープ層とからなるp型クラッド層と、p型クラッド層上に設けられ、p型GaAsからなるp型キャップ層とを備えるエピタキシャルウエハが提供される。 In order to achieve the above object, the present invention provides an n-type GaAs substrate, an n-type cladding layer provided above the n-type GaAs substrate, an active layer provided above the n-type cladding layer, A carbon-doped layer provided above and doped with carbon, an undoped layer provided on the carbon-doped layer and not doped with impurities, and a zinc-doped layer provided on the undoped layer and doped with zinc There is provided an epitaxial wafer including a p-type cladding layer and a p-type cap layer formed on the p-type cladding layer and made of p-type GaAs.
また、本発明は、上記目的を達成するため、半導体基板を準備する半導体基板準備工程と、半導体基板の上方にn型クラッド層と、活性層と、p型クラッド層と、p型キャップ層とを順次形成する半導体積層構造形成工程とを備え、p型クラッド層が、活性層上に設けられ炭素がドープされた炭素ドープ層と、炭素ドープ層上に設けられ不純物がドーピングされていないアンドープ層と、アンドープ層上に設けられマグネシウムがドープされたマグネシウムドープ層とを有し、活性層が、5.0×1015cm−3以下の原子濃度の炭素と、1.0×1016cm−3以上1.6×1016cm−3以下の原子濃度のマグネシウムと、1.1×1016cm−3以上5.0×1018cm−3以下の原子濃度の亜鉛とを含み、p型キャップ層が、亜鉛を含むエピタキシャルウエハの製造方法が提供される。 In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate preparation step for preparing a semiconductor substrate, an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type cap layer above the semiconductor substrate. A semiconductor laminated structure forming step, wherein a p-type cladding layer is provided on the active layer and is doped with carbon, and an undoped layer is provided on the carbon-doped layer and is not doped with impurities. And a magnesium-doped layer provided on the undoped layer and doped with magnesium, and the active layer includes carbon having an atomic concentration of 5.0 × 10 15 cm −3 or less, 1.0 × 10 16 cm − 3 to 1.6 × 10 16 cm −3 of atomic concentration magnesium and 1.1 × 10 16 cm −3 to 5.0 × 10 18 cm −3 of atomic concentration zinc, p-type Cat A method for producing an epitaxial wafer in which the top layer contains zinc is provided.
また、上記エピタキシャルウエハの製造方法において、半導体積層構造形成工程が、炭素ドープ層の成長時にCBr4を供給し、マグネシウムドープ層の成長時にCp2Mgを供給することができる。 In the epitaxial wafer manufacturing method, the semiconductor multilayer structure forming step can supply CBr 4 during the growth of the carbon-doped layer and supply Cp 2 Mg during the growth of the magnesium-doped layer.
また、上記エピタキシャルウエハの製造方法において、半導体積層構造形成工程が、アンドープ層をGaAs又はAlGaAsから形成することもできる。 In the epitaxial wafer manufacturing method, the semiconductor laminated structure forming step may form the undoped layer from GaAs or AlGaAs.
本発明に係るエピタキシャルウエハ及びエピタキシャルウエハの製造方法によれば、蓄積された製造技術、製造ノウハウを活かすことができ、かつ、p型不純物の拡散を抑制できるエピタキシャルウエハ及びエピタキシャルウエハの製造方法を提供できる。 According to an epitaxial wafer and an epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention, an epitaxial wafer and an epitaxial wafer manufacturing method capable of making use of accumulated manufacturing technology and manufacturing know-how and suppressing the diffusion of p-type impurities are provided. it can.
[実施の形態の要約]
半導体基板上にダブルヘテロ構造を有する発光素子用のエピタキシャルウエハにおいて、半導体基板と、前記半導体基板の上方に設けられるn型クラッド層と、前記n型クラッド層の上方に設けられ、5.0×1015cm−3以下の原子濃度の炭素と、1.0×1016cm−3以上1.6×1016cm−3以下の原子濃度のマグネシウムと、1.1×1016cm−3以上5.0×1018cm−3以下の原子濃度の亜鉛とを含む活性層と、前記活性層の上方に設けられ、炭素がドープされた炭素ドープ層と、前記炭素ドープ層上に設けられ、不純物がドーピングされていないアンドープ層と、前記アンドープ層上に設けられ、マグネシウムがドープされたマグネシウムドープ層とを有するp型クラッド層と、前記p型クラッド層上に設けられ、亜鉛を含むp型キャップ層とを備えるエピタキシャルウエハが提供される。
[Summary of embodiment]
In an epitaxial wafer for a light emitting device having a double heterostructure on a semiconductor substrate, a semiconductor substrate, an n-type cladding layer provided above the semiconductor substrate, and provided above the n-type cladding layer, 5.0 × Carbon having an atomic concentration of 10 15 cm −3 or less, magnesium having an atomic concentration of 1.0 × 10 16 cm −3 or more and 1.6 × 10 16 cm −3 or less, and 1.1 × 10 16 cm −3 or more An active layer containing zinc having an atomic concentration of 5.0 × 10 18 cm −3 or less, a carbon-doped layer provided above the active layer, doped with carbon, and provided on the carbon-doped layer, A p-type cladding layer comprising: an undoped layer not doped with impurities; and a magnesium-doped layer provided on the undoped layer and doped with magnesium; and the p-type cladding. An epitaxial wafer is provided comprising a p-type cap layer provided on the layer and comprising zinc.
[実施の形態]
(エピタキシャルウエハ1の構成)
図1は、本発明の実施の形態に係るエピタキシャルウエハの縦断面の概要を示す。
[Embodiment]
(Configuration of epitaxial wafer 1)
FIG. 1 shows an outline of a longitudinal section of an epitaxial wafer according to an embodiment of the present invention.
本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ1は、例えば、レーザーダイオード(Laser Diode:LD)、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)等の発光素子用のエピタキシャルウエハ1として用いることができる。具体的に、エピタキシャルウエハ1は、半導体基板10と、半導体基板10上に設けられるn型クラッド層20と、n型クラッド層20上に設けられる第1ガイド層30と、第1ガイド層30上に設けられる活性層40と、活性層40上に設けられる第2ガイド層50と、第2ガイド層50上に設けられるp型クラッド層60と、p型クラッド層60上に設けられるp型キャップ層70とを備える。すなわち、エピタキシャルウエハ1は、ダブルヘテロ構造を有する。 The epitaxial wafer 1 according to the present embodiment can be used as an epitaxial wafer 1 for a light emitting element such as a laser diode (LD) or a light emitting diode (LED). Specifically, the epitaxial wafer 1 includes a semiconductor substrate 10, an n-type cladding layer 20 provided on the semiconductor substrate 10, a first guide layer 30 provided on the n-type cladding layer 20, and the first guide layer 30. An active layer 40 provided on the active layer 40, a second guide layer 50 provided on the active layer 40, a p-type cladding layer 60 provided on the second guide layer 50, and a p-type cap provided on the p-type cladding layer 60. Layer 70. That is, the epitaxial wafer 1 has a double hetero structure.
更に、p型クラッド層60は、活性層40の上方(すなわち、第2ガイド層50上)に設けられ、p型不純物としての炭素(C)がドープされた炭素ドープ層62と、炭素ドープ層62上に設けられ、不純物がドープされていないアンドープ層64と、アンドープ層64上に設けられ、マグネシウム(Mg)がドープされたマグネシウムドープ層66とを有して設けられる。すなわち、活性層40に近い側から炭素ドープ層62、アンドープ層64、マグネシウムドープ層66の順に設けられる。炭素ドープ層62を活性層40に近い側に設けることにより、マグネシウムドープ層66にドープされているMgの活性層40への拡散を抑制できる。すなわち、炭素ドープ層62が、Mgの拡散を抑制するバリア層としての機能を発揮する。これにより、活性層40へのMgの拡散を抑制でき、エピタキシャルウエハ1から製造される発光素子等のデバイスの特性の低下を抑制できる。 Furthermore, the p-type cladding layer 60 is provided above the active layer 40 (that is, on the second guide layer 50), and includes a carbon-doped layer 62 doped with carbon (C) as a p-type impurity, and a carbon-doped layer. And an undoped layer 64 that is not doped with impurities and a magnesium doped layer 66 that is provided on the undoped layer 64 and doped with magnesium (Mg). That is, the carbon doped layer 62, the undoped layer 64, and the magnesium doped layer 66 are provided in this order from the side close to the active layer 40. By providing the carbon doped layer 62 on the side close to the active layer 40, diffusion of Mg doped in the magnesium doped layer 66 into the active layer 40 can be suppressed. That is, the carbon doped layer 62 exhibits a function as a barrier layer that suppresses the diffusion of Mg. Thereby, the diffusion of Mg into the active layer 40 can be suppressed, and the deterioration of the characteristics of devices such as light emitting elements manufactured from the epitaxial wafer 1 can be suppressed.
ここで、炭素ドープ層62は、1.0×1017cm−3以上8.0×1018cm−3以下の原子濃度の炭素を含むことが好ましく、1.0×1017cm−3以上6.0×1018cm−3以下の原子濃度の炭素を含むことがより好ましく、1.0×1017cm−3以上3.0×1018cm−3以下の原子濃度の炭素を含むことが特に好ましい。また、マグネシウムドープ層66は、5.0×1017cm−3以上8.0×1018cm−3以下の原子濃度のマグネシウムを含むことが好ましく、8.0×1017cm−3以上8.0×1018cm−3以下の原子濃度のマグネシウムを含むことが好ましく、8.0×1017cm−3以上3.0×1018cm−3以下の原子濃度のマグネシウムを含むことが特に好ましい。なお、アンドープ層64に不純物はドープされていないが、不可避的な不純物は含まれていてもよい。そして、p型クラッド層60は、炭素ドープ層62と、アンドープ層64と、マグネシウムドープ層66との三層構造からなることが好ましい。この場合、炭素ドープ層62が、マグネシウムドープ層66の厚さ(一例として、16μmの厚さ)の5%以上60%以下の厚さを有することが好ましい。これは、炭素ドープ層62の厚さがマグネシウムドープ層66の厚さの5%未満の場合、炭素ドープ層62がMgの拡散を十分に抑制できないためである。また、炭素ドープ層62の厚さがマグネシウムドープ層66の厚さの60%を超えた場合、活性層40へのMgの拡散が実質的になくなるので、従来用いている製造プロセスとしての素子化プロセスのプロセス設定を変更しなければならない場合があるからである。 Here, the carbon doped layer 62 preferably contains carbon having an atomic concentration of 1.0 × 10 17 cm −3 or more and 8.0 × 10 18 cm −3 or less, and 1.0 × 10 17 cm −3 or more. More preferably, it contains carbon having an atomic concentration of 6.0 × 10 18 cm −3 or less, and contains carbon having an atomic concentration of 1.0 × 10 17 cm −3 or more and 3.0 × 10 18 cm −3 or less. Is particularly preferred. The magnesium doped layer 66 preferably contains magnesium having an atomic concentration of 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 8.0 × 10 18 cm −3 or less, and 8.0 × 10 17 cm −3 or more and 8 or more. preferably comprises magnesium .0 × 10 18 cm -3 or less in atomic concentration, in particular to contain magnesium of 8.0 × 10 17 cm -3 or more 3.0 × 10 18 cm -3 or less of atomic concentration preferable. Although the undoped layer 64 is not doped with impurities, unavoidable impurities may be included. The p-type cladding layer 60 preferably has a three-layer structure including a carbon doped layer 62, an undoped layer 64, and a magnesium doped layer 66. In this case, the carbon doped layer 62 preferably has a thickness of 5% to 60% of the thickness of the magnesium doped layer 66 (for example, a thickness of 16 μm). This is because when the thickness of the carbon doped layer 62 is less than 5% of the thickness of the magnesium doped layer 66, the carbon doped layer 62 cannot sufficiently suppress the diffusion of Mg. Further, when the thickness of the carbon doped layer 62 exceeds 60% of the thickness of the magnesium doped layer 66, the diffusion of Mg into the active layer 40 is substantially eliminated. This is because the process settings of the process may need to be changed.
また、アンドープ層64は、マグネシウムドープ層66中のMg及びp型キャップ層70中の不純物(例えば、Zn)の活性層40側への拡散を抑制することを目的として5nm以上の厚さを有すると共に、電気伝導の抵抗層として機能することを防止すべく、10nm以下の厚さを有することが好ましい。本実施の形態において、アンドープ層64は、GaAs若しくはAlGaAsから形成する。したがって、アンドープ層の厚さが所定の厚さを超えた場合、p型クラッド層の平均組成がAlGaInP系化合物半導体の組成ではなくなることがある。この場合、エピタキシャルウエハから製造する発光素子、例えば、LDの発光特性(例えば、放射角)が設計値からずれる場合があることからも、アンドープ層は10nm以下の厚さにすることが好ましい。 The undoped layer 64 has a thickness of 5 nm or more for the purpose of suppressing diffusion of Mg in the magnesium doped layer 66 and impurities (for example, Zn) in the p-type cap layer 70 to the active layer 40 side. At the same time, it is preferable to have a thickness of 10 nm or less in order to prevent it from functioning as an electrically conductive resistance layer. In the present embodiment, the undoped layer 64 is formed from GaAs or AlGaAs. Therefore, when the thickness of the undoped layer exceeds a predetermined thickness, the average composition of the p-type cladding layer may not be the composition of the AlGaInP-based compound semiconductor. In this case, it is preferable that the undoped layer has a thickness of 10 nm or less because the light emission characteristics (for example, emission angle) of a light emitting element manufactured from an epitaxial wafer, for example, LD, may deviate from the design value.
半導体基板10は、III−V族化合物半導体から形成され、例えば、n型のGaAsから形成することができる。また、半導体基板10上に設けられる各半導体層(ただし、p型キャップ層70を除く)は、AlGaInP系化合物半導体から形成することができる。p型キャップ層70は、例えば、p型のGaAsから形成することができる。なお、p型キャップ層70上の一部の領域に、p型キャップ層70にオーミック接触する材料からなるp側電極を設け、半導体基板10の裏側、すなわち、半導体基板10のn型クラッド層20に接している面の反対側の面の略全面に、半導体基板10にオーミック接触する材料からなるn側電極を設けることができる。 The semiconductor substrate 10 is made of a III-V group compound semiconductor, and can be made of, for example, n-type GaAs. Each semiconductor layer (except for the p-type cap layer 70) provided on the semiconductor substrate 10 can be formed of an AlGaInP-based compound semiconductor. The p-type cap layer 70 can be formed from, for example, p-type GaAs. A p-side electrode made of a material that makes ohmic contact with the p-type cap layer 70 is provided in a partial region on the p-type cap layer 70, and the n-type cladding layer 20 of the semiconductor substrate 10, that is, the back side of the semiconductor substrate 10. An n-side electrode made of a material that makes ohmic contact with the semiconductor substrate 10 can be provided on substantially the entire surface opposite to the surface in contact with the semiconductor substrate 10.
また、n型クラッド層20には、n型不純物としてシリコン(Si)がドープされる。そして、p型キャップ層70には、p型不純物として亜鉛(Zn)がドープされる。なお、p型キャップ層70には、Znと共にCをドープすることもできる。p型キャップ層70にZnとCとをコドープすることにより、p型キャップ層70にドープするZnの量を削減することができ、かつ、マグネシウムドープ層66にドープされたMgとp型キャップ層70にドープされたZnとの相互拡散を低減できる。 The n-type cladding layer 20 is doped with silicon (Si) as an n-type impurity. The p-type cap layer 70 is doped with zinc (Zn) as a p-type impurity. The p-type cap layer 70 can be doped with C together with Zn. By co-doping Zn and C into the p-type cap layer 70, the amount of Zn doped into the p-type cap layer 70 can be reduced, and the Mg doped into the magnesium-doped layer 66 and the p-type cap layer Interdiffusion with Zn doped in 70 can be reduced.
また、本実施の形態において、活性層40は、5.0×1015cm−3以下の原子濃度の炭素と、1.0×1016cm−3以上1.6×1016cm−3以下の原子濃度のマグネシウムと、1.1×1016cm−3以上5.0×1018cm−3以下の原子濃度の亜鉛とを含む。更に、p型キャップ層70は、5.0×1017cm−3以上1.2×1020cm−3以下の原子濃度の亜鉛を含むことが好ましく、8.0×1017cm−3以上4.0×1019cm−3以下の原子濃度の亜鉛を含むことがより好ましい。 In the present embodiment, the active layer 40 includes carbon having an atomic concentration of 5.0 × 10 15 cm −3 or less and 1.0 × 10 16 cm −3 or more and 1.6 × 10 16 cm −3 or less. And magnesium having an atomic concentration of 1.1 × 10 16 cm −3 or more and 5.0 × 10 18 cm −3 or less. Further, the p-type cap layer 70 preferably contains zinc having an atomic concentration of 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 1.2 × 10 20 cm −3 or less, and 8.0 × 10 17 cm −3 or more. More preferably, it contains zinc having an atomic concentration of 4.0 × 10 19 cm −3 or less.
(変形例)
p型クラッド層60が有するマグネシウムドープ層66を、Znがドープされた亜鉛ドープ層にすることもできる。また、マグネシウムドープ層66を、C及びMgがコドープされた炭素‐マグネシウム混合ドープ層にすることもできる。また、半導体基板10とn型クラッド層20との間に、GaAs等からなるバッファ層を設けることもできる。更に、第1ガイド層30及び第2ガイド層50を省略することもできる。また、活性層40の代わりに発光層を設け、発光層を、量子井戸構造、多重量子井戸構造、歪量子井戸構造等にすることもできる。また、p型キャップ層70を、AlGaAs、GaP等の化合物半導体から形成することもできる。
(Modification)
The magnesium doped layer 66 included in the p-type cladding layer 60 may be a zinc doped layer doped with Zn. Further, the magnesium doped layer 66 may be a carbon-magnesium mixed doped layer in which C and Mg are co-doped. Further, a buffer layer made of GaAs or the like can be provided between the semiconductor substrate 10 and the n-type cladding layer 20. Further, the first guide layer 30 and the second guide layer 50 may be omitted. In addition, a light emitting layer may be provided instead of the active layer 40, and the light emitting layer may have a quantum well structure, a multiple quantum well structure, a strained quantum well structure, or the like. The p-type cap layer 70 can also be formed from a compound semiconductor such as AlGaAs or GaP.
(エピタキシャルウエハ1の製造方法)
本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ1は、有機金属気相エピタキシー法(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy:MOVPE法)を用いて製造することができる。すなわち、MOVPE装置のリアクター内に半導体基板10を設置した後、リアクター内を所定の雰囲気、所定の圧力に制御する。続いて、この状態で半導体基板10を所定の温度に加熱する。そして、加熱している半導体基板10に、n型クラッド層20、第1ガイド層30、活性層40、第2ガイド層50、p型クラッド層60、及びp型キャップ層70それぞれのエピタキシャル成長に要するIII族原料ガス、V族原料ガス、キャリアガス、及びドーパント原料ガスを適宜供給する。これにより、エピタキシャルウエハ1を製造する。
(Method of manufacturing epitaxial wafer 1)
Epitaxial wafer 1 according to the present embodiment can be manufactured using a metal organic vapor phase epitaxy method (MOVPE method). That is, after the semiconductor substrate 10 is installed in the reactor of the MOVPE apparatus, the inside of the reactor is controlled to a predetermined atmosphere and a predetermined pressure. Subsequently, in this state, the semiconductor substrate 10 is heated to a predetermined temperature. The n-type cladding layer 20, the first guide layer 30, the active layer 40, the second guide layer 50, the p-type cladding layer 60, and the p-type cap layer 70 are required for epitaxial growth on the heated semiconductor substrate 10. A group III source gas, a group V source gas, a carrier gas, and a dopant source gas are appropriately supplied. Thereby, the epitaxial wafer 1 is manufactured.
なお、III族原料ガスとしては、Al(CH3)3[トリメチルアルミニウム:TMAl]、Al(C2H5)3[トリエチルアルミニウム]、Ga(CH3)3[トリメチルガリウム:TMGa]、Ga(C2H5)3[トリエチルガリウム]、In(CH3)3[トリメチルインジウム:TMIn]、及びIn(C2H5)3[トリエチルインジウム]等の少なくとも1種類を含む有機金属化合物を用いることができる。 As group III source gases, Al (CH 3 ) 3 [trimethylaluminum: TMAl], Al (C 2 H 5 ) 3 [triethylaluminum], Ga (CH 3 ) 3 [trimethylgallium: TMGa], Ga ( Use of an organometallic compound including at least one of C 2 H 5 ) 3 [triethylgallium], In (CH 3 ) 3 [trimethylindium: TMIn], and In (C 2 H 5 ) 3 [triethylindium] Can do.
また、V族原料ガスとしては、AsH3[アルシン]、PH3[ホスフィン]、TBP[ターシャリーブチルホスフィン]、As(CH3)3[トリメチルアルシン]、TBA[ターシャリーブチルアルシン]、及びNH3[アンモニア]等の少なくとも1種類を含むガスを用いることができる。キャリアガスとしては、H2[水素]、N2[窒素]、及びAr[アルゴン]等の少なくとも1種類を含むガスを用いることができる。 Further, as the group V source gas, AsH 3 [arsine], PH 3 [phosphine], TBP [tertiary butyl phosphine], As (CH 3 ) 3 [trimethylarsine], TBA [tertiary butyl arsine], and NH 3 Gas containing at least one kind such as [ammonia] can be used. As the carrier gas, a gas containing at least one kind such as H 2 [hydrogen], N 2 [nitrogen], and Ar [argon] can be used.
そして、n型のドーパントの原料ガスは、Si2H6[ジシラン]、SiH4[シラン]、H2Se[セレン化水素]、及びTe(C2H5)2等の少なくとも1種類を含むガスを用いることができる。また、p型のドーパントとしての炭素(C)のドープは、III族原料ガス濃度に対するV族原料ガス濃度の比であるV/III比の調整による有機金属化合物ガスからのオートドーピング、若しくは成長温度の調整による有機金属化合物ガスからのオートドーピングにより実施できる。あるいは、p型のドーパントの原料ガスとして、CBr4[四臭化炭素]ガスを用いることができる。 The source gas of the n-type dopant includes at least one of Si 2 H 6 [disilane], SiH 4 [silane], H 2 Se [hydrogen selenide], Te (C 2 H 5 ) 2 and the like. Gas can be used. The doping of carbon (C) as a p-type dopant is performed by autodoping from an organometallic compound gas by adjusting the V / III ratio, which is the ratio of the Group V source gas concentration to the Group III source gas concentration, or the growth temperature. It can be carried out by autodoping from an organometallic compound gas by adjusting the above. Alternatively, CBr 4 [carbon tetrabromide] gas can be used as the source gas for the p-type dopant.
更に、p型のドーパントのMgのドープは、Cp2Mg[ビスシクロペンタジエニルマグネシウム]を用いることができる。更に、p型のドーパントのZnのドープは、DEZ[ジエチル亜鉛]又はDMZ[ジメチル亜鉛]を用いることができる。 Further, Cp 2 Mg [biscyclopentadienylmagnesium] can be used for doping the p-type dopant Mg. Further, DEZ [diethyl zinc] or DMZ [dimethylzinc] can be used for doping with the p-type dopant Zn.
なお、得られたエピタキシャルウエハ1にp側電極及びn側電極を形成することもできる。p側電極及びn側電極はそれぞれ、フォトリソグラフィー法、真空蒸着法若しくはスパッタ法等を用いて形成することができる。 A p-side electrode and an n-side electrode can be formed on the obtained epitaxial wafer 1. Each of the p-side electrode and the n-side electrode can be formed using a photolithography method, a vacuum evaporation method, a sputtering method, or the like.
(p型クラッド層60の機能について)
本実施の形態において、p型クラッド層60は、炭素ドープ層62とアンドープ層64とマグネシウムドープ層66との三層構造を有して形成される。マグネシウムドープ層66と炭素ドープ層62とによりアンドープ層64が挟まれているので、マグネシウムドープ層66のMgが活性層40側に拡散することをアンドープ層64が抑制する。より詳細には、活性層40側(すなわち、活性層40近傍)に炭素ドープ層62を形成することにより、活性層40へのMgの拡散を抑制するバリア層として炭素ドープ層62が機能する。これにより、炭素ドープ層62が、活性層40へのMgの拡散を抑制するので、エピタキシャルウエハ1から製造した発光素子のデバイス特性の低下を抑制できる。なお、エピタキシャルウエハ1から製造される発光素子においてp型クラッド層60に高濃度の不純物のドープを要する場合、又はエピタキシャルウエハ1のエピタキシャル成長時の温度を高温度にすることを要する場合、Mgはより活性層40側へ拡散しやすくなるが、アンドープ層64によりMgの活性層40側への拡散を抑制できる。
(About the function of the p-type cladding layer 60)
In the present embodiment, the p-type cladding layer 60 is formed having a three-layer structure of a carbon doped layer 62, an undoped layer 64, and a magnesium doped layer 66. Since the undoped layer 64 is sandwiched between the magnesium doped layer 66 and the carbon doped layer 62, the undoped layer 64 suppresses Mg in the magnesium doped layer 66 from diffusing to the active layer 40 side. More specifically, by forming the carbon doped layer 62 on the active layer 40 side (that is, in the vicinity of the active layer 40), the carbon doped layer 62 functions as a barrier layer that suppresses Mg diffusion into the active layer 40. Thereby, since the carbon dope layer 62 suppresses the diffusion of Mg into the active layer 40, it is possible to suppress the deterioration of the device characteristics of the light emitting element manufactured from the epitaxial wafer 1. In the light emitting device manufactured from the epitaxial wafer 1, when the p-type cladding layer 60 needs to be doped with a high concentration of impurities, or when the temperature during epitaxial growth of the epitaxial wafer 1 needs to be high, Mg is more Although it becomes easy to diffuse to the active layer 40 side, the diffusion of Mg to the active layer 40 side can be suppressed by the undoped layer 64.
また、炭素ドープ層62のCは少なくともMgより拡散しにくく、活性層40にCは拡散しにくい。したがって、マグネシウムドープ層66にドープされたMg及び炭素ドープ層62にドープされたCはp型クラッド層60内に留まりやすいので、p型クラッド層60全体におけるキャリア濃度を略均一に保つことができる。 Further, C in the carbon doped layer 62 is less likely to diffuse than Mg, and C is less likely to diffuse into the active layer 40. Therefore, Mg doped in the magnesium doped layer 66 and C doped in the carbon doped layer 62 tend to stay in the p-type cladding layer 60, so that the carrier concentration in the entire p-type cladding layer 60 can be kept substantially uniform. .
また、活性層40中のMgの原子濃度を高くする場合、炭素ドープ層62の厚さ、及び炭素ドープ層62の炭素原子濃度を低減させる。すなわち、従来の発光素子の製造プロセス、製造技術、製造ノウハウをそのまま活用することを目的とする場合であって、活性層40へのMgの拡散を従来と同程度に調整することを要する場合、炭素ドープ層62の厚さ、及び炭素ドープ層62の炭素原子濃度を低減させ、活性層40中のMgの原子濃度を高くすることができる。 Further, when increasing the atomic concentration of Mg in the active layer 40, the thickness of the carbon doped layer 62 and the carbon atomic concentration of the carbon doped layer 62 are reduced. That is, when the purpose is to utilize the manufacturing process, manufacturing technology, manufacturing know-how of the conventional light emitting device as it is, and when it is necessary to adjust the diffusion of Mg to the active layer 40 to the same level as before, The thickness of the carbon doped layer 62 and the carbon atom concentration of the carbon doped layer 62 can be reduced, and the atomic concentration of Mg in the active layer 40 can be increased.
(実施の形態の効果)
本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ1においては、p型クラッド層60が、炭素ドープ層62とアンドープ層64とマグネシウムドープ層66との三層構造から形成され、かつ、CはMgより拡散しにくいことから、p型クラッド層60にMgのみをドープする場合に比べて、p型クラッド層60に接する活性層40へのp型不純物の拡散を低減できる。また、p型クラッド層60がGaAs若しくはAlGaAsからなるアンドープ層64を有しているので、アンドープ層64と炭素ドープ層62若しくはマグネシウムドープ層66とのヘテロ接合界面において、マグネシウムドープ層66にドープされたMg及びp型キャップ層70にドープされたZnを効率よくトラップすることができる。これにより、Mg及びZnが活性層40に拡散することをある程度、抑制できる。したがって、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ1によれば、p型不純物の活性層40への拡散をある程度抑制できると共に、ある程度のp型不純物を活性層40に拡散させることができるので、不純物としてMg又はZnを用いることを前提として設計された製造プロセス、製造技術、製造ノウハウを活用することができる。
(Effect of embodiment)
In epitaxial wafer 1 according to the present embodiment, p-type cladding layer 60 is formed of a three-layer structure of carbon-doped layer 62, undoped layer 64, and magnesium-doped layer 66, and C is less likely to diffuse than Mg. Therefore, compared with the case where the p-type cladding layer 60 is doped only with Mg, the diffusion of the p-type impurity into the active layer 40 in contact with the p-type cladding layer 60 can be reduced. Further, since the p-type cladding layer 60 has the undoped layer 64 made of GaAs or AlGaAs, the magnesium doped layer 66 is doped at the heterojunction interface between the undoped layer 64 and the carbon doped layer 62 or the magnesium doped layer 66. Further, Mg doped in the Mg and the p-type cap layer 70 can be efficiently trapped. Thereby, it can suppress to some extent that Mg and Zn diffuse into the active layer 40. Therefore, according to epitaxial wafer 1 according to the present embodiment, diffusion of p-type impurities into active layer 40 can be suppressed to some extent, and a certain amount of p-type impurities can be diffused into active layer 40. Manufacturing processes, manufacturing techniques, and manufacturing know-how designed on the premise of using Mg or Zn can be utilized.
以上により、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ1を用いると、従来の製造プロセス、製造技術、製造ノウハウを大きく変更することなく、低い動作電流値であり、かつ、信頼性の高い高寿命の発光素子を提供することができる。 As described above, when the epitaxial wafer 1 according to the present embodiment is used, light emission with a low operating current value and high reliability can be obtained without greatly changing the conventional manufacturing process, manufacturing technology, and manufacturing know-how. An element can be provided.
また、従来のようにp型クラッド層のp型不純物にZn又はMgを用いた場合は、Zn又はMgの活性層40への拡散により、活性層40の結晶性が低下する。その結果、活性層40の特性をフォトルミネッセンス(PL)測定で評価すると、Zn又はMgのドープ量の増加に伴い、発光スペクトルの半値幅が急激に広がる結果が得られる。したがって、従来のウエハにおいては、p型クラッド層のキャリア濃度を4.0×1017cm−3程度に抑えていた。しかし、キャリア濃度を低く抑えていたので、従来のウエハから製造した発光素子の動作電流値を低くすることは困難であった。一方、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ1においては、p型クラッド層60(例えば、マグネシウムドープ層66)のキャリア濃度を9.0×1017cm−3以上にしても、炭素ドープ層62内でMgの活性層40への拡散の大部分を止めることができる。したがって、活性層40へのMgの拡散は従来より少なく、活性層40へのMgの拡散に起因する活性層40の結晶性の悪化を抑制できる。これにより、本実施の形態に係るエピタキシャルウエハ1によれば、PL測定により活性層40の特性を評価すると、PL発光の半値幅が狭く維持されていることを示す結果が得られる。 Further, when Zn or Mg is used as the p-type impurity of the p-type cladding layer as in the prior art, the crystallinity of the active layer 40 is reduced due to the diffusion of Zn or Mg into the active layer 40. As a result, when the characteristics of the active layer 40 are evaluated by photoluminescence (PL) measurement, the half-value width of the emission spectrum is abruptly widened with an increase in the doping amount of Zn or Mg. Therefore, in the conventional wafer, the carrier concentration of the p-type cladding layer is suppressed to about 4.0 × 10 17 cm −3 . However, since the carrier concentration is kept low, it is difficult to reduce the operating current value of a light emitting device manufactured from a conventional wafer. On the other hand, in the epitaxial wafer 1 according to the present embodiment, even if the carrier concentration of the p-type cladding layer 60 (for example, the magnesium doped layer 66) is set to 9.0 × 10 17 cm −3 or more, the inside of the carbon doped layer 62 Thus, most of the diffusion of Mg into the active layer 40 can be stopped. Therefore, the diffusion of Mg into the active layer 40 is less than that in the prior art, and the deterioration of the crystallinity of the active layer 40 due to the diffusion of Mg into the active layer 40 can be suppressed. Thereby, according to the epitaxial wafer 1 which concerns on this Embodiment, when the characteristic of the active layer 40 is evaluated by PL measurement, the result which shows that the half value width of PL light emission is maintained narrow will be obtained.
実施例においては、DVDの読み書き用の光源として用いられる赤色LD用のエピタキシャルウエハを製造した。実施例に係るエピタキシャルウエハの構造は、実施の形態において説明した構造と同様である(例えば、図1参照)。 In the example, an epitaxial wafer for red LD used as a light source for reading and writing of DVD was manufactured. The structure of the epitaxial wafer according to the example is the same as the structure described in the embodiment (for example, see FIG. 1).
具体的に、実施例に係るエピタキシャルウエハは、n型GaAs基板(ただし、厚さ:500μm、目標とするキャリア濃度:8.0×1017cm−3)上に、Siドープのn型(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなるn型クラッド層(ただし、厚さ:2.5μm、目標とするキャリア濃度:8.0×1017cm−3)と、アンドープの(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5Pからなる第1ガイド層(ただし、厚さ:0.02μm)と、アンドープの(Al0.05Ga0.95)0.5In0.5Pからなる活性層と、アンドープの(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5Pからなる第2ガイド層(ただし、厚さ:0.02μm)と、Cドープのp型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなる炭素ドープ層(ただし、厚さ:0.4μm、目標とするキャリア濃度:6.0×1018cm−3)と、アンドープのAlGaAs層(ただし、厚さ:10nm)と、Mgドープのp型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pからなるマグネシウムドープ層(ただし、厚さ:1.6μm、目標とするキャリア濃度:6.0×1018cm−3)と、C及びZnドープのp型GaAsからなるp型キャップ層(ただし、厚さ:1.5μm、目標とするキャリア濃度:1.2×1020cm−3)とをこの順にエピタキシャル成長して製造した。 Specifically, the epitaxial wafer according to the example is formed on an n-type GaAs substrate (thickness: 500 μm, target carrier concentration: 8.0 × 10 17 cm −3 ) and Si-doped n-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P n-type cladding layer (however, thickness: 2.5 μm, target carrier concentration: 8.0 × 10 17 cm −3 ), A first guide layer (thickness: 0.02 μm) made of undoped (Al 0.3 Ga 0.7 ) 0.5 In 0.5 P, and undoped (Al 0.05 Ga 0.95 ) an active layer composed of 0.5 an in 0.5 P, a second guide layer composed of undoped (Al 0.3 Ga 0.7) 0.5 in 0.5 P ( where thickness: 0.02 [mu] m) When, the C-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3) .5 an In 0.5 carbon-doped layer made of P (where thickness of 0.4 .mu.m, the carrier concentration and the target: 6.0 × 10 18 cm -3) and, undoped AlGaAs layer (however, thickness: 10 mg) and a Mg-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P-doped magnesium doped layer (thickness: 1.6 μm, target carrier concentration: 6 0.0 × 10 18 cm −3 ) and a p-type cap layer made of C-type and Zn-doped p-type GaAs (thickness: 1.5 μm, target carrier concentration: 1.2 × 10 20 cm −3) ) And epitaxially grown in this order.
実施例に係るエピタキシャルウエハは、MOVPE法を用いて製造した。すなわち、MOVPE装置のリアクター内にn型GaAs基板を設置し、リアクター内を所定の雰囲気、所定の圧力に制御した後、n型GaAs基板を所定の温度に加熱した状態で、n型クラッド層、第1ガイド層、活性層、第2ガイド層、p型クラッド層、及びp型キャップ層のエピタキシャル層それぞれのエピタキシャル成長に要するIII族原料ガス、V族原料ガス、キャリアガス、及びドーパント原料ガスを適宜供給して製造した。 The epitaxial wafer according to the example was manufactured using the MOVPE method. That is, an n-type GaAs substrate is installed in a reactor of a MOVPE apparatus, the inside of the reactor is controlled to a predetermined atmosphere and a predetermined pressure, and then the n-type GaAs substrate is heated to a predetermined temperature, The group III source gas, the group V source gas, the carrier gas, and the dopant source gas required for the epitaxial growth of the first guide layer, the active layer, the second guide layer, the p-type cladding layer, and the epitaxial layer of the p-type cap layer are appropriately selected. Supplied and manufactured.
具体的に、エピタキシャル成長温度(ただし、n型GaAs基板に対向するリアクターの面に設置した放射温度計により測定したn型GaAs基板表面の温度)を800℃に設定し、成長圧力(すなわち、リアクター内の圧力)を約10666Pa(80Torr)に設定した。また、キャリアガスは水素を用いた。 Specifically, the epitaxial growth temperature (however, the temperature of the n-type GaAs substrate surface measured by a radiation thermometer installed on the surface of the reactor facing the n-type GaAs substrate) is set to 800 ° C., and the growth pressure (that is, inside the reactor) Pressure) was set to about 10666 Pa (80 Torr). Also, hydrogen was used as the carrier gas.
また、各エピタキシャル層のエピタキシャル成長時にリアクター内に供給した原料ガスの流量はそれぞれ次のとおりである。 The flow rates of the source gases supplied into the reactor during the epitaxial growth of each epitaxial layer are as follows.
(n型クラッド層)
TMG:0.012L/分、TMA:0.004L/分、TMI:0.02L/分、Si2H6:0.51L/分、PH3:1.8L/分
(N-type cladding layer)
TMG: 0.012 L / min, TMA: 0.004 L / min, TMI: 0.02 L / min, Si 2 H 6 : 0.51 L / min, PH 3 : 1.8 L / min
(第1ガイド層及び第2ガイド層)
TMG:0.014L/分、TMA:0.003L/分、TMI:0.02L/分、PH3:1.8L/分
(First guide layer and second guide layer)
TMG: 0.014 L / min, TMA: 0.003 L / min, TMI: 0.02 L / min, PH 3 : 1.8 L / min
(活性層)
TMG:0.016L/分、TMA:0.002L/分、TMI:0.024L/分、PH3:1.8L/分
(Active layer)
TMG: 0.016 L / min, TMA: 0.002 L / min, TMI: 0.024 L / min, PH 3 : 1.8 L / min
(炭素ドープ層)
TMG:0.012L/分、TMA:0.004L/分、TMI:0.02L/分、CBr4:0.22L/分、PH3:1.8L/分
(Carbon doped layer)
TMG: 0.012 L / min, TMA: 0.004 L / min, TMI: 0.02 L / min, CBr 4 : 0.22 L / min, PH 3 : 1.8 L / min
(アンドープ層)
TMG:0.052L/分、TMA:0.02L/分、AsH3:0.5L/分
(Undoped layer)
TMG: 0.052 L / min, TMA: 0.02 L / min, AsH 3 : 0.5 L / min
(マグネシウムドープ層)
TMG:0.01L/分、TMA:0.005L/分、TMI:0.02L/分、Cp2Mg:0.26L/分、PH3:1.8L/分
(Magnesium doped layer)
TMG: 0.01 L / min, TMA: 0.005 L / min, TMI: 0.02 L / min, Cp 2 Mg: 0.26 L / min, PH 3 : 1.8 L / min
(p型キャップ層)
TMG:0.012L/分、DEZ:0.9L/分、AsH3:2L/分
(P-type cap layer)
TMG: 0.012 L / min, DEZ: 0.9 L / min, AsH 3 : 2 L / min
(比較例)
比較例に係るエピタキシャルウエハとして、p型クラッド層を、Mgドープのp型の(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5Pにしたエピタキシャルウエハを製造した。すなわち、比較例に係るエピタキシャルウエハは、実施例に係るエピタキシャルウエハとはp型クラッド層の構成が異なる点を除き、実施例に係るエピタキシャルウエハと同一の構成を備える。
(Comparative example)
As an epitaxial wafer according to a comparative example, an epitaxial wafer having a p-type cladding layer of Mg-doped p-type (Al 0.7 Ga 0.3 ) 0.5 In 0.5 P was manufactured. That is, the epitaxial wafer according to the comparative example has the same configuration as the epitaxial wafer according to the example except that the configuration of the p-type cladding layer is different from that of the epitaxial wafer according to the example.
(実施例に係るエピタキシャルウエハと比較例に係るエピタキシャルウエハとの比較)
実施例及び比較例に係るエピタキシャルウエハそれぞれについて、p型クラッド層から活性層にかけて不純物の原料濃度分布を測定した。
(Comparison of the epitaxial wafer according to the example and the epitaxial wafer according to the comparative example)
For each of the epitaxial wafers according to Examples and Comparative Examples, the impurity concentration distribution of impurities was measured from the p-type cladding layer to the active layer.
図2は、実施例及び比較例に係るエピタキシャルウエハのp型クラッド層の深さ方向のキャリア濃度分布を示す。 FIG. 2 shows the carrier concentration distribution in the depth direction of the p-type cladding layer of the epitaxial wafer according to the example and the comparative example.
図2においては、第2ガイド層と活性層との界面を深さ「0」に規定した。そして、活性層側を負に、第2ガイド層側を正にしている。図2を参照すると分かるように、実施例に係るエピタキシャルウエハでは比較例に係るエピタキシャルウエハに比べ、活性層でのMg濃度が低くなっている。実施例に係るエピタキシャルウエハにおけるp型クラッド層の目標とするキャリア濃度と、比較例に係るエピタキシャルウエハにおけるp型クラッド層の目標とするキャリア濃度とはいずれも6.0×1018cm−3である。しかしながら、比較例のp型クラッド層では、p型クラッド層と第2ガイド層との界面までMgがドープされているので、活性層中に多くのMgが拡散していることが測定された。 In FIG. 2, the interface between the second guide layer and the active layer is defined to a depth of “0”. The active layer side is negative and the second guide layer side is positive. As can be seen from FIG. 2, the Mg concentration in the active layer is lower in the epitaxial wafer according to the example than in the epitaxial wafer according to the comparative example. The target carrier concentration of the p-type cladding layer in the epitaxial wafer according to the example and the target carrier concentration of the p-type cladding layer in the epitaxial wafer according to the comparative example are both 6.0 × 10 18 cm −3 . is there. However, in the p-type cladding layer of the comparative example, since Mg is doped up to the interface between the p-type cladding layer and the second guide layer, it was measured that a large amount of Mg was diffused in the active layer.
一方、実施例に係るエピタキシャルウエハにおいては、p型クラッド層は、活性層側に炭素ドープ層を有し、マグネシウムドープ層と炭素ドープ層との間にアンドープ層を設けている。図2を参照すると、マグネシウムドープ層(すなわち、図2の深さ30.0nm以上40.0nm以下の領域)のMgの活性層への拡散が、炭素ドープ層(すなわち、図2の深さ20.0nm以上30.0nm以下の領域)により抑制されていることが測定された。すなわち、実施例においては、比較例に比べ、活性層中のMg濃度が低いことが測定された。 On the other hand, in the epitaxial wafer according to the example, the p-type cladding layer has a carbon doped layer on the active layer side, and an undoped layer is provided between the magnesium doped layer and the carbon doped layer. Referring to FIG. 2, the diffusion of the magnesium doped layer (ie, the region having a depth of 30.0 nm or more and 40.0 nm or less in FIG. 2) into the active layer of Mg becomes the carbon doped layer (ie, the depth 20 of FIG. 2). It was measured that it was suppressed by a region of 0.0 nm or more and 30.0 nm or less. That is, in the examples, it was measured that the Mg concentration in the active layer was lower than in the comparative example.
次に、実施例及び比較例に係るエピタキシャルウエハそれぞれを用い、LDを作製した。そして、作製したLDの動作電流値をそれぞれ測定した。その結果、実施例に係るエピタキシャルウエハから作製したLDの動作電流値Iopは67mAであり、比較例に係るエピタキシャルウエハから作製したLDの動作電流値Iopは80mAであった。したがって、実施例に係るエピタキシャルウエハによれば、当該エピタキシャルウエハから作製したLDの動作電流値を低く抑えることができ、LDの信頼性の向上及び長寿命化を図ることができることが確認された。 Next, LD was produced using each epitaxial wafer concerning an example and a comparative example. And the operating current value of produced LD was measured, respectively. As a result, the operating current value I op of the LD manufactured from the epitaxial wafer according to the example was 67 mA, and the operating current value I op of the LD manufactured from the epitaxial wafer according to the comparative example was 80 mA. Therefore, according to the epitaxial wafer which concerns on an Example, it was confirmed that the operating current value of LD produced from the said epitaxial wafer can be restrained low, and the improvement of LD reliability and lifetime can be aimed at.
また、実施例に係るエピタキシャルウエハにおいては、炭素ドープ層の厚さ及び炭素ドープ層の炭素のキャリア濃度を、Mgの活性層への拡散が最適になるように調整したので、発光素子の製造プロセスのプロセス設定の変更は要さない。したがって、実施例に係るエピタキシャルウエハを用いた発光素子の製造においては、従来から蓄積された製造技術、製造ノウハウを活かすと共に、活性層へのp型不純物の拡散をある程度抑制することができた。 Further, in the epitaxial wafer according to the example, the thickness of the carbon doped layer and the carbon carrier concentration of the carbon doped layer were adjusted so that the diffusion of Mg into the active layer was optimized, so that the manufacturing process of the light emitting device There is no need to change the process settings. Therefore, in the manufacture of the light emitting device using the epitaxial wafer according to the example, it was possible to make use of the manufacturing technology and manufacturing know-how accumulated so far and to suppress the diffusion of the p-type impurity to the active layer to some extent.
なお、実施例に係るエピタキシャルウエハから発光素子としてLDと同様に高い信頼性及び長い寿命を有するLEDを作製することもできる。 Note that an LED having high reliability and a long lifetime can be manufactured as a light emitting element from the epitaxial wafer according to the embodiment.
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。 While the embodiments and examples of the present invention have been described above, the embodiments and examples described above do not limit the invention according to the claims. It should be noted that not all combinations of features described in the embodiments and examples are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention.
1 エピタキシャルウエハ
10 半導体基板
20 n型クラッド層
30 第1ガイド層
40 活性層
50 第2ガイド層
60 p型クラッド層
62 炭素ドープ層
64 アンドープ層
66 マグネシウムドープ層
70 p型キャップ層
1 epitaxial wafer 10 semiconductor substrate 20 n-type cladding layer 30 first guide layer 40 active layer 50 second guide layer 60 p-type cladding layer 62 carbon doped layer 64 undoped layer 66 magnesium doped layer 70 p type cap layer
Claims (8)
前記半導体基板の上方に設けられるn型クラッド層と、
前記n型クラッド層の上方に設けられ、5.0×1015cm−3以下の原子濃度の炭素と、1.0×1016cm−3以上1.6×1016cm−3以下の原子濃度のマグネシウムと、1.1×1016cm−3以上5.0×1018cm−3以下の原子濃度の亜鉛とを含む活性層と、
前記活性層の上方に設けられ、炭素がドープされた炭素ドープ層と、前記炭素ドープ層上に設けられ、不純物がドーピングされていないアンドープ層と、前記アンドープ層上に設けられ、マグネシウムがドープされたマグネシウムドープ層とを有するp型クラッド層と、
前記p型クラッド層上に設けられ、亜鉛を含むp型キャップ層と
を備えるエピタキシャルウエハ。 A semiconductor substrate;
An n-type cladding layer provided above the semiconductor substrate;
Provided above the n-type cladding layer, carbon having an atomic concentration of 5.0 × 10 15 cm −3 or less, and atoms of 1.0 × 10 16 cm −3 or more and 1.6 × 10 16 cm −3 or less An active layer comprising magnesium at a concentration and zinc at an atomic concentration of 1.1 × 10 16 cm −3 or more and 5.0 × 10 18 cm −3 or less;
Provided above the active layer, carbon doped layer doped with carbon, provided on the carbon doped layer, undoped layer not doped with impurities, provided on the undoped layer, doped with magnesium A p-type cladding layer having a magnesium doped layer;
An epitaxial wafer provided on the p-type cladding layer and comprising a p-type cap layer containing zinc.
前記n型クラッド層、前記活性層、及び前記p型クラッド層が、AlGaInP系化合物半導体からなり、
前記p型キャップ層が、p型GaAsからなる請求項1に記載のエピタキシャルウエハ。 The semiconductor substrate is an n-type GaAs substrate;
The n-type cladding layer, the active layer, and the p-type cladding layer are made of an AlGaInP-based compound semiconductor,
The epitaxial wafer according to claim 1, wherein the p-type cap layer is made of p-type GaAs.
前記マグネシウムドープ層が、5.0×1017cm−3以上8.0×1018cm−3以下の原子濃度の前記マグネシウムを含み、
前記p型キャップ層が、5.0×1017cm−3以上1.2×1020cm−3以下の原子濃度の前記亜鉛を含む請求項2に記載のエピタキシャルウエハ。 The carbon-doped layer includes the carbon having an atomic concentration of 1.0 × 10 17 cm −3 or more and 8.0 × 10 18 cm −3 or less,
The magnesium-doped layer includes the magnesium having an atomic concentration of 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 8.0 × 10 18 cm −3 or less,
The epitaxial wafer according to claim 2, wherein the p-type cap layer contains the zinc having an atomic concentration of 5.0 × 10 17 cm −3 or more and 1.2 × 10 20 cm −3 or less.
前記炭素ドープ層が、前記マグネシウムドープ層の厚さの5%以上60%以下の厚さを有し、
前記アンドープ層が、5nm以上10nm以下の厚さを有する請求項3に記載のエピタキシャルウエハ。 The p-type cladding layer comprises the carbon-doped layer, the undoped layer, and the magnesium-doped layer;
The carbon-doped layer has a thickness of 5% to 60% of the thickness of the magnesium-doped layer;
The epitaxial wafer according to claim 3, wherein the undoped layer has a thickness of 5 nm to 10 nm.
前記n型GaAs基板の上方に設けられるn型クラッド層と、
前記n型クラッド層の上方に設けられる活性層と、
前記活性層の上方に設けられ、炭素がドープされた炭素ドープ層と、前記炭素ドープ層上に設けられ、不純物がドーピングされていないアンドープ層と、前記アンドープ層上に設けられ、亜鉛がドープされた亜鉛ドープ層とからなるp型クラッド層と、
前記p型クラッド層上に設けられ、p型GaAsからなるp型キャップ層と
を備えるエピタキシャルウエハ。 an n-type GaAs substrate;
An n-type cladding layer provided above the n-type GaAs substrate;
An active layer provided above the n-type cladding layer;
Provided above the active layer, carbon doped layer doped with carbon, provided on the carbon doped layer, undoped layer not doped with impurities, provided on the undoped layer, doped with zinc A p-type cladding layer comprising a zinc-doped layer;
An epitaxial wafer comprising a p-type cap layer made of p-type GaAs and provided on the p-type cladding layer.
前記半導体基板の上方にn型クラッド層と、活性層と、p型クラッド層と、p型キャップ層とを順次形成する半導体積層構造形成工程と
を備え、
前記p型クラッド層が、前記活性層上に設けられ炭素がドープされた炭素ドープ層と、前記炭素ドープ層上に設けられ不純物がドーピングされていないアンドープ層と、前記アンドープ層上に設けられマグネシウムがドープされたマグネシウムドープ層とを有し、
前記活性層が、5.0×1015cm−3以下の原子濃度の炭素と、1.0×1016cm−3以上1.6×1016cm−3以下の原子濃度のマグネシウムと、1.1×1016cm−3以上5.0×1018cm−3以下の原子濃度の亜鉛とを含み、
前記p型キャップ層が、前記亜鉛を含むエピタキシャルウエハの製造方法。 A semiconductor substrate preparation step of preparing a semiconductor substrate;
A semiconductor multilayer structure forming step of sequentially forming an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer, and a p-type cap layer above the semiconductor substrate;
The p-type cladding layer is provided on the active layer and doped with carbon, an undoped layer provided on the carbon-doped layer and not doped with impurities, and magnesium provided on the undoped layer. Having a magnesium-doped layer doped with
The active layer includes carbon having an atomic concentration of 5.0 × 10 15 cm −3 or less, magnesium having an atomic concentration of 1.0 × 10 16 cm −3 or more and 1.6 × 10 16 cm −3 or less, 1 1 × 10 16 cm −3 or more and 5.0 × 10 18 cm −3 or less of an atomic concentration of zinc,
The manufacturing method of the epitaxial wafer in which the said p-type cap layer contains the said zinc.
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