JP2599391B2 - 半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子 - Google Patents

半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子

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JP2599391B2 JP62161989A JP16198987A JP2599391B2 JP 2599391 B2 JP2599391 B2 JP 2599391B2 JP 62161989 A JP62161989 A JP 62161989A JP 16198987 A JP16198987 A JP 16198987A JP 2599391 B2 JP2599391 B2 JP 2599391B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体発光素子の製造方法に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
半導体発光素子の製造においては、基体となる半導体
結晶の成長技術が、素子の特性、信頼性、製造歩留り等
に大きな影響を及ぼす。従来の製造方法は、例えば第3
図a)に示すように、n形GaAs基板(1)上に、n形Ga
AlAsからなる第1クラッド層(2)が形成され、該第1
クラッド層上にn形GaAsからなる活性層(3)が形成さ
れ、該活性層上にn形GaAlAsからなる第2クラッド層
(4)が形成され、該第2クラッド層上にはn形GaAsか
らなるキャップ層(5)が形成され、次に第3図(b)
に示すように、該キャップ層(5)上には拡散窓(11)
を有するSiO2拡散マスク(6)が形成され、次に第3図
(c)に示すように、該拡散窓(11)を介してエピタキ
シャル層中に、前記第2クラッド層を貫通して、前記活
性層の領域まで延出してストライプ状の不純物拡散領域
(7)が形成され、最後に第3図(d)に示すように、
Au:Ge/Niからなるn形電極(8)がAu:ZnからなるP形
電極(9)が形成されるが、第1クラッド層(2)から
キャップ層(5)までのエピタキシャル層はLPE(液相
エピタキシャル成長)法により積層され、次の不純物拡
散領域(7)の形成工程ではZn等の気相拡散技術が用い
られていた。上記構造はDDS(ディープディフュージョ
ンストライプ)構造と呼ばれるもので、本構造において
は、前記不純物拡散領域(7)の拡散フロントにp−n
接合が形成され、このp−n接合が発光部となるが、発
光効率を高め、発振閾値電流を低減させるために、拡散
フロント位置(71)は活性領域内で精密に制御される必
要がある。
〔発明が解決しようとする問題点〕
拡散フロント位置を活性層領域内で精密に制御するた
めには、不純物拡散技術における拡散深さの制御性、お
よび基体となるエピタキシャル膜の膜厚制御性、均一性
が重要となる。
従来、不純物拡散技術として用いられてきた気相拡散
技術ではエピタキシャルウェハ面内での拡散深さの均一
性に問題があり、深さの制御性にも問題があった。ま
た、エピタキシャル膜の作製に用いられてきたLPE法に
ついても、ウェハ面内での膜厚の分布が不均一であり、
素子の製造歩留りの点で問題があった。
本発明は以上のような点にかんがみてなされたもの
で、その目的とするところは、DDS型半導体発光素子等
の半導体発光素子の製造歩留りを向上させる製造方法を
提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
特許請求の範囲第1項記載の発明は、半導体基板上に
順次積層された、少なくとも第1クラッド層、活性層、
第クラッド層を含むエピタキシャル層を有し、かつ、少
なくとも第2クラッド層を貫通して前記活性層の領域ま
で延出するストライプ状の不純物拡散領域を有する半導
体発光素子の製造方法において、前記積層するエピタキ
シャル層を、II族或いはIII族元素の有機化合物とV族
或いはVI族元素の水素化合物の熱分解反応により気相エ
ピタキシャル成長法であるMOCVD(有機金属化学気相成
長)法により製作し、かつ前記ストライプ状の不純物拡
散領域を、拡散不純物を含むドープト・オキサイト膜を
エピタキシャル層の上に形成し、熱処理を行う選択固相
拡散法により形成することを特徴とする半導体発光素子
の製造方法である。
また、特許請求の範囲第3項記載の発明は、半導体基
板上に順次積層された、少なくとも第1導電型の第1ク
ラッド層、活性層、第2導電型の第2クラッド層を含む
エピタキシャル層を有する半導体発光素子において、前
記第2クラッド層上に第1導電型のブロック層を有し、
かつ、少なくとも前記ブロック層を貫通して前記第2ク
ラッド層中に延出するストライプ状の第2導電型不純物
拡散領域を有することを特徴とする半導体発光素子であ
る。さらに、特許請求の範囲第4項記載の発明は、特許
請求の範囲第3項記載の半導体発光素子の製造方法であ
って、前記第1クラッド層、活性層、第2クラッド層お
よびブロック層を気相エピタキシャル成長法により製作
し、前記ストライプ状の第2導電型不純物拡散領域は前
記エピタキシャル層の上に形成した拡散不純物を含むド
ープト・オキサイド膜に熱処理を加えて形成することを
特徴とする半導体発光素子の製造方法である。
〔作用〕
MOCVD法は従来のLPE法と比較して以下のような特徴を
有している。
第1の特徴は、比較的均一なガス濃度分布を得やすい
こと、成長機構上、基板温度の均一性をLPE法ほど厳密
に制御する必要がないことなどにより、ウェハ内のエピ
タキシャル膜特性の均一性がよく、多数基板への同時成
長により量産性が向上することである。第2の特徴は、
ガス濃度等の制御により、決勝成長速度を数十Å/minま
で低減できるため、単分子層にまでおよぶ極薄膜の結晶
成長が可能になることである。
次に固相拡散法は従来の気相拡散法と比較して以下の
ような特徴を有する。
第1の特徴は、拡散時の熱処理温度を低く押えること
ができるため、熱処理時の結晶中の不純物分布は変化し
ないことであり、また、拡散時間を長くして、拡散フロ
ント位置を深くした場合においても、拡散フロントにお
けるキャリア濃度プロファイルの形状がほとんど変化し
ないことである。このことは、拡散深さの制御性および
ウェハ面内での均一性の向上につながり発光素子製作上
きわめて有利なことである。第2の特徴は、半導体表面
に酸化膜が被着されるため、熱処理時に半導体表面の受
ける損傷が低減することである。
また、固相拡散の実施にあたっては、拡散不純物を含
むドープト・オキサイド膜上に、SiO2などからなる誘電
体膜を設けると、熱処理中にドープト・オキサイド膜か
らZnなどの拡散不純物の蒸発を防ぎ、拡散の制御性や再
現性が向上する。
なお、本発明を実施する場合の拡散温度は、500℃以
上、600℃以下が好ましい。これ以上の低温でも本発明
の特徴は損なわれることはないが、拡散速度が低下する
ため、拡散深さによって工程時間が増大してしまう。ま
た、これ以上の高温では、従来問題であった高温熱処理
時の半導体中の不純物分布の変化を伴うため、本発明の
特徴が十分に発揮されない場合がある。
以上の技術を用いて本発明が目的とするDDS型半導体
発光素子などの半導体発光素子を作製することにより、
拡散フロント位置をエピタキシャルウェハの全面に渡っ
て精密に制御することが可能となり、また、低温プロセ
スによりエピタキシャルウェハへの悪影響を回避するこ
とが可能となるため、高性能の半導体発光素子を歩留り
よく作製することができる。
〔実施例〕
以下第1図に図示した実施例に基づいて本発明を詳細
に説明する。始め、第1図(a)に示すように、n形Ga
As基板(1)の〔100〕面上にMOCVD法を用いて、n形Ga
AlAs第1クラッド層(2)、n形GaAs活性層(3)、n
形GaAlAs第2クラッド層(4)、n形GaAsキャップ層
(5)を順次積層する。次に第1図(b)に示すよう
に、SiO2拡散マスク(6)をキャップ層(5)上に形成
し、ストライプ状の拡散窓(11)をエッチングにより形
成する。次に、第1図(c)に示すように、ZnO/SiO2
モル比が90/10であるターゲット材を用いてRFスパッタ
リングにより、厚さ500Å程度のZnドープトSiO2膜(1
0)を拡散窓(11)を含む拡散マスク(6)上に堆積さ
せ、ひきつづき、Znドーパントの蒸発を防止するため
に、スパッタリングにより厚さ500ÅのSiO2キャップ(1
2)を連続して形成する。次に第1図(d)に示すよう
に、前記試料をN2雰囲気中、550℃にて1時間ほど熱処
理し、拡散マスク(6)の拡散窓(11)を通して、エピ
タキシャル膜中にZnドープトSiO2膜(10)からZnを拡散
し、活性層(3)にまでおよぶ不純物拡散領域(7′)
を形成し、pn接合を形成する。最後に、第1図(e)に
示すように、前記ZnドープトSiO2膜(10)、SiO2キャッ
プ層(12)を剥離し、p形電極(9)としてAu:Znを、
n形電極(8)としてAu:Ge/Niを被着し、熱処理を施し
た後に素子化する。本実施例によって作製したDDS型レ
ーザ素子の閾値電流を100個の素子について測定したと
ころ、閾値電流30〜35mAの範囲に80個以上の素子が含ま
れた。一方、従来方法で作製したDDS型レーザ素子の場
合、閾値電流がこの範囲に含まれる素子数は100個中50
個以下であり、半数以上の素子がより高い閾値電流を示
した。以上述べたごとく、本発明の製造方法により、製
造歩留りが格段に向上することが認められた。
第2図は本発明の他の実施例を示すもので、第1図に
おけるn形GaAlAs第2クラッド層(4)を、n形GaAlAs
ブロック層(4′)とp形GaAlAsクラッド層(4″)と
で置きかえたものである。p形GaAlAsクラッド層
(4″)を導入することにより、pn接合近傍で電流の広
がりが生じ、平均の閾値電流は40mA程度と前記実施例に
比較してやや大きくなるが、拡散フロントの微妙な制御
が不必要となり、製造歩留りは前記実施例よりさらに向
上する。
以上、実施例をn形GaAs基板上に作製したGaAs/GaAlA
s系の半導体発光素子に限って説明したが、これ以外の
例えば、InP/InGaAsP系の半導体発光素子に関しても容
易に本発明の製造方法を適用することができる。また、
活性層はn形GaAs層としたが、n形GaAlAs層或いは量子
井戸構造の層であっても何ら問題はない。
〔発明の効果〕
以上説明したように特許請求の範囲第1項記載の発明
によれば、エピタキシャル膜をMOCVD法により膜厚、膜
質共に均一に形成することができると共に、選択固相拡
散法により不純物拡散領域を形成することにより、拡散
フロントの深さを均一性よく制御することができるた
め、高性能の半導体発光素子を歩留りよく製造すること
ができるという工業上優れた効果がある。
また、特許請求の範囲第4項記載の発明によれば、少
なくとも前記第1導電型のブロック層を貫通して前記第
2クラッド層中に延出するストライプ状の第2導電型不
純物拡散領域を、ブロック層の上に形成した拡散不純物
を含むドープト・オキサイド膜に熱処理を加えて形成す
るため、不純物拡散フロントの制御の精度が緩和され、
製造歩留りが向上するという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(e)はそれぞれ本発明の一実施例を製
作順に示した要部断面図、第2図は本発明の他の実施例
を示す要部断面図、第3図(a)〜(d)はそれぞれ従
来の一例を製作した順に示した要部断面図である。 1……n形GaAs基板、2……n形GaAlAs第1クラッド
層、3……n形GaAs活性層、4……n形GaAlAs第2クラ
ッド層、4′……n形GaAlAsブロック層、4″……p形
GaAlAsクラッド層、5……n形GaAsキャップ層、6……
SiO2拡散マスク、7……不純物拡散領域、7′……選択
固相拡散領域、71……拡散フロント位置、8……n形電
極、9……p型電極、10……ZnドープトSiO2膜、11……
拡散窓、12……SiO2キャップ。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に順次積層された、少なくと
    も第1クラッド層、活性層、2クラッド層を含むエピタ
    キシャル層を有し、かつ、少なくとも第2クラッド層を
    貫通して前記活性層の領域まで延出するストライプ状の
    不純物拡散領域を有する半導体発光素子の製造方法にお
    いて、前記積層するエピタキシャル層をII族或いはIII
    族元素の有機化合物とV族あるいはVI族元素の水素化合
    物の熱分解反応による気相エピタキシャル成長法により
    製作し、かつ前記ストライプ状の不純物拡散領域を、拡
    散不純物を含むドープト・オキサイド膜を前記エピタキ
    シャル層の上に形成し、熱処理を行うことにより形成す
    ることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
  2. 【請求項2】前記ストライプ状の拡散不純物領域を、拡
    散不純物を含むドープト・オキサイド膜を前記エピタキ
    シャル層の上に形成し、かつ、前記ドープト・オキサイ
    ド膜の上に誘電体膜を形成し、熱処理を行うことにより
    形成することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    半導体発光素子の製造方法。
  3. 【請求項3】半導体基板上に順次積層された、少なくと
    も第1導電型の第1クラッド層、活性層、第2導電型の
    第2クラッド層を含むエピタキシャル層を有する半導体
    発光素子において、前記第2クラッド層上に第1導電型
    のブロック層を有し、かつ、少なくとも前記ブロック層
    を貫通して前記第2クラッド層中に延出するストライプ
    状の第2導電型不純物拡散領域を有することを特徴とす
    る半導体発光素子。
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