JP2014011348A - Method of manufacturing semiconductor laser and method of manufacturing semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体レーザの製造方法及び半導体素子の製造方法に係り、特に光通信に用いられる半導体レーザの製造方法及び半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor laser manufacturing method and a semiconductor device manufacturing method, and more particularly to a semiconductor laser manufacturing method and a semiconductor device manufacturing method used for optical communication.
化合物半導体を使った光半導体素子では、キャリアの再結合並びに光の誘導放出を担う活性層、及びキャリア並びに光を活性層に閉じ込めるためのクラッド層を、軸方向に積層することにより、効率的なキャリアの注入及びレーザ発振出力の増大が実現される。例えば特許文献1にはp型インジウムリン(p−InP)により形成されたクラッド層を用いる技術が記載されている。近年では、さらなる消費電力の低減や高温の環境温度で使用するために、発光効率が高くかつ高温で高光出力の半導体レーザが要求されている。発光効率及び光出力を高めるためには、活性層の結晶品質の向上、及び半導体素子の直列抵抗の低減が重要となる。活性層の結晶品質の向上には、p型クラッド層から活性層へのp型ドーパントの拡散が少ないことが要求される。一方、半導体素子の直列抵抗の低減には、p型クラッド層の低抵抗化が要求される。全直列抵抗のうちp型クラッド層の直列抵抗が、約9割程度を占めるためである。
In an optical semiconductor device using a compound semiconductor, an active layer responsible for carrier recombination and stimulated emission of light, and a cladding layer for confining carriers and light in the active layer are stacked in an axial direction, thereby improving efficiency. Carrier injection and increase in laser oscillation output are realized. For example,
p型クラッド層を低抵抗化するために、クラッド層に添加されるp型ドーパントの濃度を高めることが重要である。しかし、ドーパント濃度を高めると、p型ドーパントが活性層に拡散し、活性層の結晶品質が劣化することが知られている。このため、p型ドーパントとしては、比較的に拡散距離が短く、活性層が劣化しにくい亜鉛(Zn)が、一般に使用される。本願発明は、上記課題に鑑み、クラッド層のドーパント濃度を高め、かつ活性層の劣化を抑制することが可能な半導体レーザの製造方法、及び半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。 In order to reduce the resistance of the p-type cladding layer, it is important to increase the concentration of the p-type dopant added to the cladding layer. However, it is known that when the dopant concentration is increased, the p-type dopant diffuses into the active layer and the crystal quality of the active layer deteriorates. For this reason, as the p-type dopant, zinc (Zn), which has a relatively short diffusion distance and is difficult to deteriorate the active layer, is generally used. In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor laser manufacturing method and a semiconductor device manufacturing method capable of increasing the dopant concentration of the cladding layer and suppressing the deterioration of the active layer.
本発明は、InPからなる基板上に下地層を設ける工程と、前記下地層に接する活性層を設ける工程と、前記活性層の上にInPからなるクラッド層を設ける工程と、前記クラッド層の上にInGaAs又はInGaAsPからなる半導体層を設ける工程と、前記半導体層を設ける工程の後、前記クラッド層にZnを拡散する工程と、を有する半導体レーザの製造方法である。 The present invention includes a step of providing an underlayer on a substrate made of InP, a step of providing an active layer in contact with the underlayer, a step of providing a cladding layer made of InP on the active layer, And a step of diffusing Zn into the cladding layer after the step of providing a semiconductor layer made of InGaAs or InGaAsP and the step of providing the semiconductor layer.
上記構成において、前記下地層は、前記活性層に接する領域を含み、かつn型導電性半導体層である構成とすることができる。 In the above structure, the base layer may include a region in contact with the active layer and be an n-type conductive semiconductor layer.
上記構成において、前記クラッド層におけるp型濃度のピークの1/5の濃度の領域が、前記クラッド層内に位置してなる構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The area | region of 1/5 density | concentration of the peak of the p-type density | concentration in the said cladding layer can be set as the structure formed in the said cladding layer.
上記構成において、前記Znを拡散する工程は、DMZ及びAsH3を含むガス雰囲気中においてアニール処理を行う工程を含み、前記Znを拡散する工程におけるアニール処理の温度は、470℃以上560℃以下である構成とすることができる。 In the above configuration, the step of diffusing Zn includes a step of annealing in a gas atmosphere containing DMZ and AsH 3 , and the temperature of the annealing treatment in the step of diffusing Zn is 470 ° C. or more and 560 ° C. or less. There can be a certain configuration.
上記構成において、前記半導体層の上に電極を設ける工程を有する構成とすることができる。 In the above structure, an electrode may be provided over the semiconductor layer.
上記構成において、前記Znを拡散する工程の前に、前記半導体層を除去する工程と、前記半導体層を除去する工程の後に、前記クラッド層の上にInGaAs又はInGaAsPからなるコンタクト層を設ける工程と、前記コンタクト層の上に電極を設ける工程と、を有する構成とすることができる。 In the above configuration, the step of removing the semiconductor layer before the step of diffusing Zn, and the step of providing a contact layer made of InGaAs or InGaAsP on the cladding layer after the step of removing the semiconductor layer, And a step of providing an electrode on the contact layer.
上記構成において前記コンタクト層の厚さは、前記半導体層の厚さより大きい構成とすることができる。 In the above configuration, the thickness of the contact layer may be larger than the thickness of the semiconductor layer.
上記構成において、前記Znを拡散する工程の後における前記クラッド層のZn濃度のピーク値は、5×1018cm−3以上である構成とすることができる。 The said structure WHEREIN: The peak value of Zn density | concentration of the said clad layer after the process of diffusing said Zn can be set as the structure which is 5 * 10 < 18 > cm < -3 > or more.
上記構成において、前記クラッド層の厚さをT、前記クラッド層におけるZnの拡散係数をDとした場合、前記Znを拡散する工程におけるアニール処理の時間は(T/D)0.5以下である構成とすることができる。 In the above configuration, when the thickness of the cladding layer is T and the diffusion coefficient of Zn in the cladding layer is D, the annealing time in the step of diffusing Zn is (T / D) 0.5 or less. It can be configured.
本発明は、InP半導体層を設ける工程と、前記InP半導体層の上にInGaAs又はInGaAsPからなる半導体層を設ける工程と、前記半導体層を設ける工程の後、前記InP半導体層にZnを拡散する工程と、を有する半導体素子の製造方法である。 The present invention provides a step of providing an InP semiconductor layer, a step of providing a semiconductor layer made of InGaAs or InGaAsP on the InP semiconductor layer, and a step of diffusing Zn into the InP semiconductor layer after the step of providing the semiconductor layer. And a method for manufacturing a semiconductor device.
本発明によれば、クラッド層のドーパント濃度を高め、かつ活性層の劣化を抑制することが可能な半導体レーザの製造方法、及び半導体素子の製造方法を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the manufacturing method of the semiconductor laser which can raise the dopant density | concentration of a clad layer, and can suppress degradation of an active layer, and the manufacturing method of a semiconductor element.
まず半導体素子の構成について説明する。図1はSI−BH(Semi-Insulating Buried-hetero:半絶縁埋込)構造の半導体レーザ100を例示する断面図である。
First, the configuration of the semiconductor element will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a
図1に示すように、半導体レーザ100は、基板10、活性層12、クラッド層14、コンタクト層16、埋込層18、n型電極20及びp型電極22を備える。基板10はn型インジウムリン(n−InP)により形成され、n型クラッド層としても機能する。図1においては不図示の下地層が基板10上に設けられている。活性層12は下地層に接触しており、例えばインジウムガリウム砒素リンにより形成されたInGaAsP/InGaAsP多重量子井戸層である。クラッド層14は活性層12の上面に接触しており、p−InPにより形成されている。クラッド層14はp型ドーパントとして亜鉛(Zn)を含む。図中に格子斜線で示したクラッド層14中の領域14aは、拡散する工程によりZn濃度が増加した領域である。拡散するドーパントとして例えばカドミウム(Cd)を用いることもできる。しかし、ZnはCdに比べて濃度の制御性が良く、活性層12への拡散を抑制しやすい。Znは、図中に格子斜線で示したクラッド層14中の領域14aに主に拡散している。Znの活性層12への拡散を抑制するため、領域14aは活性層12とクラッド層14との界面に到達しないことが好ましい。
As shown in FIG. 1, the
コンタクト層16は、例えばp型インジウムガリウム砒素(p−InGaAs)により形成され、クラッド層14の上面に接触している。埋込層18は例えば鉄ドープインジウムリン(Fe−InP)により形成され、基板10の上面に接触し、活性層12、クラッド層14、及びコンタクト層16を挟んでいる。n型電極20は基板10の下面に接触している。p型電極22はコンタクト層16の上面、及び埋込層18の上面に接触している。n型電極20及びp型電極22は例えば金(Au)及びゲルマニウム(Ge)の混晶、又はチタン(Ti)及び白金(Pt)の混晶等の金属により形成されている。半導体レーザ100は発光素子として用いられる。
The
前述のように、発光効率を高めるためには、クラッド層14の低抵抗化が重要である。クラッド層14中のZnの濃度(ドーパント濃度)を高めることにより、クラッド層14の低抵抗化が可能である。クラッド層14へのZnの拡散は気相拡散により行われることがある。クラッド層14の製造方法として主に用いられる有機金属気相成長法(MOCVD)では、ドーパント濃度は2×1018cm−3程度で飽和する。従って原料ガス中のZn濃度を高めても、ドーパント濃度を飽和値以上に高めることは困難であった。そこで、これまでにも、ドーパント濃度を2×1018cm−3以上に高めるために、気相拡散によりZn拡散が行われることがあった。気相拡散では、例えばジメチル亜鉛(Dimethylezinc:DMZ)とホスフィン(PH3)とを含むガスを、拡散のための原料ガスとして使用する。原料ガス雰囲気中において、クラッド層14を加熱するアニール処理を行うことにより、Znを拡散させる。気相拡散を行う例において生じる問題について述べる。
As described above, in order to increase the luminous efficiency, it is important to reduce the resistance of the
p−InPにZnを拡散させるには、DMZとPH3とを含む雰囲気ガス中で気相拡散が行なわれていた。p−InP中に含まれるp型ドーパントとしてのZn及びV族元素としてのPが、雰囲気ガスに含まれることにより、p−InPの結晶品質を損なわないと考えられていたからである。ここで、気相拡散のアニール処理温度(拡散温度)は、DMZの半導体表面からの脱離しやすさと、PH3の分解しにくさにより、決定される。すなわち、DMZは固体の表面からの脱離エネルギーが小さく蒸発しやすい。このため、アニール処理の処理温度(拡散温度)が低いほどクラッド層14へのZnの取り込み効率は増加する。例えば560℃以下の拡散温度でドーパント濃度を2×1018cm−3以上の高濃度にすることができる。一方で、PH3を分解し、P分子を生成するために、拡散温度を560℃以上まで高めることが求められる。従って、DMZ及びPH3を含む雰囲気ガスを用いると、Znの取り込みとPH3の分解とを両立できる拡散温度を設定することは困難であった。例えば拡散温度を560℃以下にすると、PH3が未分解のまま水素と共にクラッド層14に取り込まれる。この結果、クラッド層14中において、P、水素及びZnが結合し、いわゆる水素パッシベーションが生じる。つまり、Znが不活性化し、p型ドーパントとして機能しなくなる。不活性化したZnをp型ドーパントとするためには、560℃以上の拡散温度で、例えば水素(H2)雰囲気中において2回目のアニール処理を行うことが必要である。しかし560℃以上の温度で、合計2回のアニール処理を行なうことにより、Znの拡散距離が大きくなり、活性層12に拡散してしまう。これにより、活性層12の結晶品質が劣化し、結果として発光効率が低下する。次に実施例1について説明する。
In order to diffuse Zn into p-InP, vapor phase diffusion has been performed in an atmospheric gas containing DMZ and PH 3 . This is because it was thought that Zn as a p-type dopant contained in p-InP and P as a group V element would not impair the crystal quality of p-InP by being contained in the atmospheric gas. Here, the annealing temperature (diffusion temperature) for vapor phase diffusion is determined by the ease of desorption of DMZ from the semiconductor surface and the difficulty of PH 3 decomposition. That is, DMZ has a small desorption energy from the surface of a solid and is easily evaporated. For this reason, the efficiency of Zn incorporation into the
実施例1はDMZ及びアルシン(AsH3)を用いてZnを拡散する例である。図2(a)から図3(b)は実施例1に係る半導体レーザ100の製造方法を例示する断面図である。
Example 1 is an example in which Zn is diffused using DMZ and arsine (AsH 3 ). FIG. 2A to FIG. 3B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the
図2(a)に示すように、基板10上に下地層10aを形成する。下地層10aは、n−InPにより形成され、InGaAsPにより形成された回折格子(グレーティング、不図示)を含む。なお図2(b)以降の図において、下地層10aは省略する。例えばMOCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長法)を用いて下地層10a上に、活性層12及びクラッド層14を成長させる。活性層12は下地層10aに接する。基板10の厚さは例えば350μm、活性層12の厚さは例えば0.3μm、クラッド層14の厚さは例えば2μmである。活性層12の原料ガスは、例えばトリメチルインジウム(Trimethyl Indium:TMIn)、トリエチルガリウム(Triethyl Gallium:TEGa)、PH3及びAsH3を含む。クラッド層14の原料ガスはTMIn、DMZ、PH3、AsH3及びH2を含む。原料ガス中のDMZの濃度は例えば体積濃度0.0008%である。MOCVD装置内の温度(成長温度)は例えば630℃、圧力(成長圧力)は例えば0.1気圧(98067Pa)である。後述のコンタクト層16及び埋込層18の成長においても、例えば同じ成長温度及び成長圧力を用いる。
As shown in FIG. 2A, the
図2(b)に示すように、例えばMOCVD法を用いてクラッド層14の上面に接触するインジウムガリウム砒素(InGaAs)層11を成長させる。原料ガスは例えばTMIn、TEGa及びAsH3を含む。InGaAs層11の厚さは例えば0.1μmである。InGaAs層11を形成した後、アニール処理を行いクラッド層14にZnを拡散させる。つまりZnを拡散させる工程は、アニール処理を行う工程を含む。アニール処理に用いる炉内の温度(拡散温度)は例えば520℃、圧力は例えば80torr(10664Pa)である。原料ガスはDMZ、AsH3及びH2を含む。原料ガス中のDMZの濃度は例えば0.09%、AsH3の濃度は例えば0.09%である。アニール処理の時間(拡散時間)は例えば3分である。アニール処理により、Znの拡散する領域14aが形成される。
As shown in FIG. 2B, an indium gallium arsenide (InGaAs) layer 11 that contacts the upper surface of the
図2(c)に示すように、例えばフッ化水素酸と硝酸との混合液をエッチャントして用い、InGaAs層11を除去する。例えばMOCVD法を用いて、クラッド層14の上面に例えば厚さ0.5μmのコンタクト層16を成長させる。原料ガスは例えばTMIn、TEGa、DMZ及びAsH3を含む。InGaAs層11にZnを拡散させる工程を施すことで、InGaAs層11の結晶性が低下し表面が荒れてしまう。このように、Znを拡散させる工程後のInGaAs層11と電極との密着性が悪くなるため、InGaAs層11はコンタクト層には適さない。従って、Znを拡散させる工程後にInGaAs層11を除去し、再度、クラッド層14の上にInGaAsからなるコンタクト層16を形成することが好ましい。また、コンタクト層16の厚さはInGaAs層11の厚さより大きいことが好ましい。これは、InGaAs層11の厚さが大きいと拡散時間が長くなってしまい活性層12へZnの拡散がなされてしまう。一方、電極とアロイする工程において、コンタクト層16の厚さが小さいとクラッド層14までアロイされてしまうため、コンタクト層16の厚さを大きくすることで、クラッド層14までアロイされてしまうことを抑制するからである。
As shown in FIG. 2C, for example, a liquid mixture of hydrofluoric acid and nitric acid is used as an etchant to remove the InGaAs layer 11. For example, the
図3(a)に示すように、コンタクト層16の上面に二酸化シリコン(SiO2)により形成されたマスク13を形成する。例えばドライエッチング法により、活性層メサストライプ15を形成する。図3(b)に示すように、例えばMOCVD法を用いて活性層メサストライプ15に、例えば厚さ3μmの埋込層18を成長させる。原料ガスは、例えばTMIn、シクロペンタンジエニル鉄(Cp2Fe)及びH2を含む。例えばフッ化水素酸に1分間マスク13を浸し、マスク13を除去する。例えば蒸着法により、n型電極20及びp型電極22を形成する。これにより、半導体レーザ100が形成される。
As shown in FIG. 3A, a
実施例1によれば、Znに対する固溶限界がInPより一桁高いInGaAs層11を固相拡散源として用いるため、クラッド層14のドーパント濃度を高めることができる。さらに、アニール処理における原料ガスはDMZ及びAsH3を含む。AsH3の分解エネルギーはPH3の分解エネルギーより小さいため、後述するようにZnの取り込みとAsH3の分解とを両立可能な拡散温度の範囲を定めることができる。
According to Example 1, since the InGaAs layer 11 whose solid solubility limit with respect to Zn is an order of magnitude higher than that of InP is used as the solid phase diffusion source, the dopant concentration of the
実施例1と比較例とでドーパント濃度を測定した。アニールによるZn拡散をする前の、Znを添加しながらp−InPを成長した例を比較例とする。 The dopant concentration was measured in Example 1 and the comparative example. An example of growing p-InP while adding Zn before Zn diffusion by annealing will be described as a comparative example.
図4(a)はクラッド層14の深さとドーパント濃度との関係を例示するグラフである。横軸はクラッド層14の上面を基準としたクラッド層14の深さ、縦軸はドーパント濃度である。破線は比較例、実線は実施例1それぞれにおける測定結果を示す。図4(a)に示すように、比較例において、ドーパント濃度は最大でも約2×1018cm−3である。実施例1において、ドーパント濃度は最大で約5×1018cm−3である。深さが1μm以上において、ドーパント濃度は低下する。深さ2μm程度、つまりクラッド層14の下面近傍においてドーパント濃度は1×1018cm−3である。領域14aとクラッド層14の境界は、活性層12に到達していない。
FIG. 4A is a graph illustrating the relationship between the depth of the
前述のように、ZnのInGaAsに対する固溶限界は1×1019〜2×1019cm−3程度であり、ZnのInPに対する固溶限界より1桁高い。InGaAs層11をZnの固相拡散元とすることにより、比較例のようにZnを気相拡散する場合よりクラッド層14中のZnの濃度を高めることができる。またクラッド層14の下面付近においてドーパント濃度が低いため、活性層12へのZnの拡散を抑制することができる。このように実施例1によれば、クラッド層14のドーパント濃度を高め、かつ活性層12の劣化を抑制することができる。図4(a)において説明した実験では、ドーパント濃度のピーク(約5×1018cm−3)の1/5の濃度(1×1018cm−3)である領域が、クラッド層14に形成される。例えば、ドーパント濃度のピークの1/10以下の濃度である領域がクラッド層14に形成されることがより好ましい。クラッド層14の低抵抗化のためには、ドーパント濃度のピーク値は5×1018cm−3以上であることが好ましい。
As described above, the solid solution limit of Zn to InGaAs is about 1 × 10 19 to 2 × 10 19 cm −3, which is one digit higher than the solid solution limit of Zn to InP. By using the InGaAs layer 11 as the solid phase diffusion source of Zn, the concentration of Zn in the
図4(b)は電流と光出力との関係を例示するグラフである。横軸は半導体レーザ100に注入される電流、縦軸は半導体レーザ100の光出力を表す。図4(b)に示すように、比較例においては電流が200mAで、光出力は約40mWとなり、ほぼ飽和する。実施例1の光出力は200mA以上においても飽和せず、電流の増加に伴い上昇する。実施例1において電流と光出力との間の関係は、比較例よりも良好な線形性を示す。従って、高電流を注入することにより高い光出力を得ることができる。
FIG. 4B is a graph illustrating the relationship between current and light output. The horizontal axis represents the current injected into the
実施例1においてDMZ濃度、アニール処理の拡散温度及び拡散時間を変化させ、クラッド層14のドーパント濃度の変動を測定した。まずDMZ濃度を変化させた例について説明する。
In Example 1, the change in the dopant concentration of the
図5(a)は原料ガス中のDMZ濃度とドーパント濃度との関係を例示するグラフである。横軸は拡散に用いる原料ガス中のDMZ濃度、縦軸はドーパント濃度を表す。黒点は測定結果であり、実線は測定結果に基づいたドーパント濃度の計算結果である。図5(a)に示すように、DMZ濃度の増加に伴い、ドーパント濃度も増加する。DMZ濃度が約0.02%において、ドーパント濃度は図4(a)に示した比較例の飽和値である約2×1018cm−3となる。高いドーパント濃度を得るために、DMZ濃度は0.02%以上が好ましく、例えば0.025%以上、0.03%以上、0.05%以上等でもよい。 FIG. 5A is a graph illustrating the relationship between the DMZ concentration and the dopant concentration in the source gas. The horizontal axis represents the DMZ concentration in the source gas used for diffusion, and the vertical axis represents the dopant concentration. A black dot is a measurement result, and a solid line is a calculation result of a dopant concentration based on the measurement result. As shown in FIG. 5A, the dopant concentration increases as the DMZ concentration increases. When the DMZ concentration is about 0.02%, the dopant concentration is about 2 × 10 18 cm −3 which is the saturation value of the comparative example shown in FIG. In order to obtain a high dopant concentration, the DMZ concentration is preferably 0.02% or more, and may be 0.025% or more, 0.03% or more, 0.05% or more, for example.
次に拡散温度の最適範囲について説明する。上述のように、DMZは蒸発しやすいため、拡散温度が高いほどクラッド層14へのZnの取り込みの効率が低下する。その一方、AsH3はPH3より分解しやすく、かつ470℃以下においては分解しにくい。Znの取り込みとAsH3の分解とを両立させるため、拡散温度を例えば470℃以上560℃以下とすることが好ましい。
Next, the optimum range of the diffusion temperature will be described. As described above, since DMZ easily evaporates, the higher the diffusion temperature, the lower the efficiency of Zn incorporation into the
図5(b)は拡散温度とドーパント濃度との関係を例示するグラフである。横軸は拡散温度、縦軸はドーパント濃度を表す。図5(b)に示すように、約520℃においてドーパント濃度は約5×1018cm−3であり、最大となる。470℃及び560℃においてドーパント濃度は約2×1018cm−3である。470℃以上560℃以下の範囲において、Znの取り込みとAsH3の分解とを両立させ、比較例より高いドーパント濃度を得ることができる。拡散温度は例えば480℃以上、490℃以上、550℃以下、540℃以下でもよい。 FIG. 5B is a graph illustrating the relationship between the diffusion temperature and the dopant concentration. The horizontal axis represents the diffusion temperature, and the vertical axis represents the dopant concentration. As shown in FIG. 5B, the dopant concentration is about 5 × 10 18 cm −3 at about 520 ° C., which is the maximum. At 470 ° C. and 560 ° C., the dopant concentration is about 2 × 10 18 cm −3 . In the range of 470 ° C. or higher and 560 ° C. or lower, Zn uptake and AsH 3 decomposition can both be achieved, and a higher dopant concentration than in the comparative example can be obtained. The diffusion temperature may be, for example, 480 ° C. or higher, 490 ° C. or higher, 550 ° C. or lower, and 540 ° C. or lower.
拡散時間を変化させた例について説明する。図6(a)は拡散時間とドーパント濃度との関係を例示するグラフである。横軸は拡散時間、縦軸はドーパント濃度である。実線は測定結果を対数近似したドーパント濃度の計算結果である。拡散時間が長くなるほど、ドーパント濃度は高まる。点線で示すように、拡散時間が約20秒においてドーパント濃度は約2×1018cm−3である。従って、拡散時間を20秒以上とすることにより高いドーパント濃度を得ることができる。 An example in which the diffusion time is changed will be described. FIG. 6A is a graph illustrating the relationship between the diffusion time and the dopant concentration. The horizontal axis represents the diffusion time, and the vertical axis represents the dopant concentration. The solid line is the calculation result of the dopant concentration obtained by logarithmically approximating the measurement result. The longer the diffusion time, the higher the dopant concentration. As indicated by the dotted line, the dopant concentration is about 2 × 10 18 cm −3 at a diffusion time of about 20 seconds. Therefore, a high dopant concentration can be obtained by setting the diffusion time to 20 seconds or longer.
クラッド層14の抵抗の減少率(抵抗減少率)のシミュレーションを行った。半導体レーザ100において、共振器長は300μm、活性層12の幅は1.2μmとした。図6(b)は拡散時間と抵抗の減少率との関係を例示するグラフである。横軸は拡散時間、縦軸は抵抗減少率である。拡散時間が長くなるほど、抵抗減少率は高まる。拡散時間が約0.5分において抵抗減少率は10%を超える。拡散時間を3分とすることにより、抵抗は半減する。
The resistance reduction rate (resistance reduction rate) of the
活性層12へのZnの拡散を抑制するため、クラッド層14の厚さに応じて拡散時間を調整することが好ましい。クラッド層14へのZnへの拡散距離Xは次の拡散方程式により与えられる。tは拡散時間、Dは拡散係数である
実施例2はpn−BH(pn-Buried hetero:pn埋込)構造の例である。図7はpn−BH構造の半導体レーザ200を例示する断面図である。
Example 2 is an example of a pn-BH (pn-Buried hetero: pn buried) structure. FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a
図7に示すように、半導体レーザ200は、基板10、活性層12、クラッド層14、埋込層24及び26、n型電極20、並びにp型電極22を備える。埋込層24は例えばp−InPにより形成されている。埋込層26は例えばn−InPにより形成され、埋込層24の上面に接触している。クラッド層14は埋込層26の上面に接触している。
As shown in FIG. 7, the
図8(a)から図9(b)は実施例2に係る半導体レーザ200の製造方法を例示する断面図である。図8(a)に示すように、MOCVD法を用いて基板10上に活性層12を成長させる。さらにMOCVD法を用いて、活性層12の上に、クラッド層14の第1層14bを成長させる。第1層14bの厚さは例えば0.5μmである。成長条件(原料ガス、成長温度及び成長圧力)は、例えば実施例1と同じ条件である。
FIG. 8A to FIG. 9B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the
図8(b)に示すように、第1層14bの上にマスク13を設ける。例えばドライエッチング法により、活性層メサストライプ15を形成する。図8(c)に示すように、例えばMOCVD法を用いて、活性層メサストライプ15に埋込層24を成長させる。MOCVD法を用いて埋込層24の上に埋込層26を成長させる。埋込層24の成長条件は、例えばクラッド層14と同じものを用いる。埋込層26の原料ガスは、例えばTMIn、ジシラン(SiH6)、及びPH3を含む。埋込層26の成長温度及び成長圧力は、例えば埋込層24と同じものを用いる。
As shown in FIG. 8B, a
図9(a)に示すように、マスク13を除去した後、第2層14cを成長させる。第2層14cの厚さは例えば1.5μmである。第1層14bと第2層14cとはクラッド層14を形成する。図9(b)に示すように、クラッド層14の上にInGaAs層11を成長させる。アニール処理によりクラッド層14にZnを拡散させる。拡散温度は例えば500℃である。原料ガス、圧力及び拡散時間は実施例1と同じである。アニール処理の後、InGaAs層11を除去し、コンタクト層16、n型電極20及びp型電極22を形成する。これにより半導体レーザ200が形成される。
As shown in FIG. 9A, after removing the
実施例2によれば、実施例1と同様に、ドーパント濃度を高め、かつ活性層12の劣化を抑制することができる。埋込層24を例えばFe−InPにより形成することにより、半導体レーザ200をSIPBH(Semi-Insulating Planar Buried hetero:半絶縁性平坦化埋込)構造としてもよい。Fe−InPにより形成された埋込層24の成長条件は、例えばコンタクト層16の成長条件と同じである。
According to the second embodiment, as in the first embodiment, the dopant concentration can be increased and the deterioration of the
実施例1および実施例2では、InGaAs層11を除去しコンタクト層16を形成しているが、InGaAs層11をコンタクト層として使用してもよい。つまりInGaAs層11を除去せず、InGaAs層11上にp型電極22を設けてもよい。また、下地層10aはn−InP層以外のn型導電性半導体層としてもよい。InGaAs層11以外に、例えばインジウムガリウム砒素リン(InGaAsP)を含む半導体層をクラッド層14上に設けてもよい。固相拡散元はInGaAs又はInGaAsPを含めばよい。また、実施例1および実施例2は、半導体レーザについて詳述したが、半導体層のドーパント濃度を高めるために拡散を用いる工程に有効であり、半導体レーザ以外の半導体素子に適用してもよい。
In the first and second embodiments, the InGaAs layer 11 is removed and the
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかか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.
10 基板
10a 下地層
12 活性層
11 InGaAs層
14 クラッド層
16 コンタクト層
18、24、26 埋込層
22 p型電極
100、200 半導体レーザ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記下地層に接する活性層を設ける工程と、
前記活性層の上にInPからなるクラッド層を設ける工程と、
前記クラッド層の上にInGaAs又はInGaAsPからなる半導体層を設ける工程と、
前記半導体層を設ける工程の後、前記クラッド層にZnを拡散する工程と、を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。 Providing an underlayer on a substrate made of InP;
Providing an active layer in contact with the underlayer;
Providing a cladding layer made of InP on the active layer;
Providing a semiconductor layer made of InGaAs or InGaAsP on the cladding layer;
And a step of diffusing Zn in the cladding layer after the step of providing the semiconductor layer.
前記Znを拡散する工程におけるアニール処理の温度は、470℃以上560℃以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザの製造方法。 The step of diffusing Zn includes a step of performing an annealing process in a gas atmosphere containing DMZ and AsH 3 .
2. The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 1, wherein the annealing temperature in the step of diffusing Zn is not less than 470.degree. C. and not more than 560.degree.
前記半導体層を除去する工程の後に、前記クラッド層の上にInGaAs又はInGaAsPからなるコンタクト層を設ける工程と、
前記コンタクト層の上に電極を設ける工程と、を有することを特徴とする請求項1記載の半導体レーザの製造方法。 Removing the semiconductor layer before the step of diffusing Zn;
A step of providing a contact layer made of InGaAs or InGaAsP on the cladding layer after the step of removing the semiconductor layer;
The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 1, further comprising a step of providing an electrode on the contact layer.
前記InP半導体層の上にInGaAs又はInGaAsPからなる半導体層を設ける工程と、
前記半導体層を設ける工程の後、前記InP半導体層にZnを拡散する工程と、を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
Providing an InP semiconductor layer;
Providing a semiconductor layer made of InGaAs or InGaAsP on the InP semiconductor layer;
And a step of diffusing Zn in the InP semiconductor layer after the step of providing the semiconductor layer.
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