JP3556593B2 - Compound semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は化合物半導体発光素子およびその製造方法に関するもので、特に青色領域で発光可能な半導体レーザダイオードや発光ダイオードに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図17は、従来の青色領域で発光可能なAlGaN/InGaN/AlGaN系化合物半導体発光素子(半導体レーザ、発光ダイオード)の模式断面を示す図である。
【0003】
図を参照して半導体発光素子はサファイア(0001)基板1と、サファイア(0001)基板1上に順に積層されたGaNまたはAlNバッファ層2、n型GaN層3、n型AlGa1−ZN(0≦Z≦1)下部クラッド層4、ノンドープまたはZnドープInGa1−YN(0≦Y≦1)活性層(または発光層とも呼ばれる)5、p型AlGa1−ZN(0≦Z≦1)上部クラッド層7およびp型GaNキャップ層8により構成される。またn型GaN層3にはn型電極10が、p型GaNキャップ層8にはp型電極9が形成されている。
【0004】
このような化合物半導体発光素子は一般的には有機金属気相成長法(以下「MOCVD法」という。)により、以下の工程を経て製造される。
(1) 温度約1050℃にてサファイア基板1の表面処理を行なう。
(2) 基板温度を約510℃まで下げ、薄層のGaNまたはAlNバッファ層2を成長させる。
(3) 基板温度を1020℃まで上げ、n型GaN層3を成長させる。
(4) 同温度にて、n型AlGaN下部クラッド層4を成長させる。
(5) 基板温度を約800℃に下げ、ノンドープInGaN系活性層(またはZnドープ発光層)5を約100〜500Åの厚さに成長させる。
(6) 基板温度を約1020℃に上げて、p型AlGaN上部クラッド層7を成長させる。
(7) 同温度にてp型GaNキャップ層8を成長させる。
(8) エッチングを行なった後、p型電極9およびn型電極10を形成する。
【0005】
以上に述べた工程において、Inを含む活性層5を成長させるときの温度を約800℃とするのは、Inの蒸気圧は比較的高いため、1000℃以上の成長温度では所望のIn比を得ることができないためである。またAlGaNクラッド層の成長温度を1020℃とするのはAlGaNクラッド層は1000℃以上の温度で成長させないと、良好な結晶品質の膜とすることができないためである。
【0006】
そのため前述した工程(4)〜(6)間において、発光素子は図16に示される成長温度プロファイルを辿ることになるのである。図16中、横軸は半導体の成長方向を、縦軸は成長温度を示す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の化合物半導体の製造方法には、p型AlGaN上部クラッド層7を成長させるため基板温度を約1020℃まで上げたときに、その前の工程で作られたInを含む活性層(発光層)5からInの遊離が生じるという問題点があった。Inの遊離が生じることは、活性層5と上部クラッド層7との界面の悪化を招いたり、活性層5の膜厚やInの混晶比を制御することが困難になるという結果に結び付いていた。
【0008】
この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、化合物半導体発光素子の製造工程においてInの遊離を極力抑え、かつ制御性に優れた結晶成長を可能とし、また良質のInを含む活性層および良質の活性層の界面を有する化合物半導体発光素子を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
また、本発明の化合物半導体発光素子の製造方法は、下部クラッド層を形成する第1のステップと、前記下部クラッド層上に、第1の温度でInを含む活性層を形成する第2のステップと、前記活性層上に、前記第1の温度より高い第2の温度で蒸発防止層を形成する第3のステップと、前記蒸発防止層上に、前記第2の温度より高い第3の温度で上部クラッド層を形成する第4のステップとを備えたことを特徴とする
ましくは前記活性層は、化学式AlXGaYInZN(X+Y+Z=1かつ0≦X・Y
≦1,0<Z≦1)により構成される物質からなることを特徴とする。
好ましくは前記蒸発防止層は、AlXGa1-XN(0≦X≦1)により構成される物質からなることを特徴とする。
好ましくは前記活性層は、InGa1- As(0<y≦1)により構成される物質からなることを特徴とする。
好ましくは前記蒸発防止層は、AlXGa1-XAs(0≦X≦1)により構成される物質からなることを特徴とする。
好ましくは前記蒸発防止層は、p型のドーパントとしてMgまたはZnを用いて形成されることを特徴とする。
【0013】
本発明の化合物半導体発光素子は、活性層上に蒸発防止層を備える。この蒸発防止層の存在により、従来化合物半導体発光素子の製造中に生じていた活性層中のInの遊離が防止される。
【0014】
本発明の化合物半導体発光素子の製造方法では、第1のステップにより下部クラッド層が形成される。第2のステップにより、第1の温度で下部クラッド層上にAlGaInN(X+Y+Z=1かつ0≦X・Y≦1,0<Z≦1)により構成される活性層が形成される。第3のステップにおいて、第1の温度以下の第2の温度で活性層上にAlGa1−XN(0≦X≦1)により構成される蒸発防止層が形成される。
【0015】
本発明の化合物半導体発光素子の製造方法では、第1のステップにおいて下部クラッド層が形成される。第2のステップにおいて下部クラッド層上にAlGaInN(X+Y+Z=1かつ0≦X・Y≦1,0<Z≦1)により構成される活性層が形成される。第3のステップにおいて、第1の温度以上の第2の温度で活性層上にAlGa1−XN(0≦X≦1)により構成される蒸発防止層が形成される。第4のステップにおいて、第2の温度以上の第3の温度で蒸発防止層上に上部クラッド層が形成される。
【0016】
本発明の化合物半導体発光素子の製造方法では、第1のステップにおいて下部クラッド層が形成される。第2のステップにおいて第1の温度で下部クラッド層上にAlGaInN(X+Y+Z=1かつ0≦X・Y≦1,0<Z≦1)により構成される活性層が形成される。第3のステップにおいて、第1の温度とほぼ同じ温度で活性層上にAlGa1−XN(0≦X≦1)により構成される蒸発防止層が形成される。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を順に説明する。なお本実施例は成長条件、有機金属化合物ガスの種類、使用材料などを下記のものに限定するものではない。本実施例は特許請求の範囲内において種々の変更を加えることができる。
【0018】
(第1の実施例)
第1の実施例ではサファイア(0001)c面が基板として用いられ、MOCVD法により各々の層の成長が行なわれる。またIII族ガス源としてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)およびトリメチルインジウム(TMI)が用いられ、V族ガス源としてアンモニア(NH)が用いられ、n型ドーパント源としてモノシラン(SiH)が、p型ドーパント源としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)が各々用いられ、キャリアガスとしてHが用いられる。
【0019】
図1は本発明の第1の実施例における半導体レーザダイオードの模式断面図である。
【0020】
図を参照して本実施例における半導体レーザダイオードは、サファイア基板1と、サファイア(0001)c面基板1上に順に形成された、GaNまたはAlNバッファ層2、n型GaN層3、n型Al0.1Ga0.9N下部クラッド層4、ノンドープまたはSiドープIn0.2Ga0.8N活性層(または発光層ともいう)5、薄層p型Al0.05Ga0.95N蒸発防止層6、p型Al0.1Ga0.9N上部クラッド層7、p型GaNキャップ層8により構成される。またn型GaN層3にはn型電極10が、p型GaNキャップ層8にはp型電極9が形成される。
【0021】
この半導体の積層状態が、図17に示される従来の半導体の積層状態と異なる点は、蒸発防止層6が活性層5と上部クラッド層7との間に設けられている点である。
【0022】
そして図1に示される半導体レーザは以下に示される工程により形成される。(1) MOCVD装置内にサファイア基板1を導入し、基板をH中で基板温度約1050℃で加熱し、基板の表面処理を行なう。
(2) 基板温度を約500℃まで下げ、GaNまたはAlNバッファ層2を成長させる。このときバッファ層2の層厚はGaNであれば250Å、AlNであれば500Åである。
(3) 基板温度を約1020℃まで上げ、n型GaN層3を約4μm程度の厚さに成長させる。この時点で図3に示される積層構造が形成される。
(4) 同じ基板温度でn型Al0.1Ga0.9N下部クラッド層4を約1μmの厚さに成長させる。このときの基板の積層状態を図4に示す。
(5) 基板温度を約800℃に下げて、ノンドープ(non−doped )またはSiドープIn0.2Ga0.8N活性層(または発光層)を約200Åの膜厚で成長させる。このときの基板の積層状態を図5に示す。
(6) 基板温度をノンドープまたはSiドープIn0.2Ga0.8N活性層(または発光層)成長温度以下に下げて、成長温度約500〜800℃にて薄層p型Al0.05Ga0.95N蒸発防止層6を成長させる。このときの基板の積層状態を図6に示す。
(7) 基板温度を約1020℃まで上げ、p型Al0.1Ga0.9N上部クラッド層7を約1μmの層厚で成長させる。
(8) 次に同温度にてp型電極GaNキャップ層8を約1μmの厚さに成長させる。このときの基板の積層状態を図7に示す。
【0023】
薄層p型Al0.05Ga0.95N蒸発防止層6は、基板温度を約1020℃まで上げる間に良質膜となる。
【0024】
以上のように製造されたウェハには温度約700℃においてN中で熱アニーリングが行なわれる。熱アニーリングにより、薄層p型Al0.05Ga0.95N蒸発防止層6、p型Al0.1Ga0.9N上部クラッド層7をおよびp型GaNキャップ層8は高濃度p型層に変化する。
【0025】
次に電極付けを行なうために、ウェハの一部はn型GaN層3が露出するまでエッチングされる、その後p型電極9およびn型電極10がそれぞれ形成される。以上の工程を経て図1に示されるAlGaN/InGaN/AlGaN系半導体レーザダイオードは製造される。
【0026】
図2は図1の半導体レーザダイオードの下部クラッド層4から上部クラッド層7までを形成する間における結晶の成長温度プロファイルを示す図である。
【0027】
このように本実施例における化合物半導体発光素子では活性層5の形成後、活性層5の成長温度以下の温度で蒸発防止層6が形成され、その後基板温度約1020℃にて上部クラッド層7が形成される。そのため活性層5中に含まれるInの遊離が生ずることは防止され、これにより良質のInを含む活性層および良質の活性層の界面を有する化合物半導体発光素子を提供することが可能となり、かつ、その製造工程においては制御性に優れた結晶成長が可能となる。
【0028】
図8は本実施例の変形例である発光ダイオードの模式断面図である。図8を参照して発光ダイオードは図1に示される半導体レーザダイオードと異なり、p型電極9が小さく形成される。これは活性層5により発せられた光を上部クラッド層7およびキャップ層8を介して上方にも出力させるためである。
【0029】
(第2の実施例)
図9は本発明の第2の実施例における化合物半導体発光素子の下部クラッド層から上部クラッド層までの成長温度プロファイルを示す図である。
【0030】
本実施例における化合物半導体発光素子の積層構造は図1および図8に示される第1の実施例と同一であるので、ここでの説明を繰返さない。第2の実施例における化合物半導体発光素子は蒸発防止層をInを含む活性層の成長温度以上かつ上部クラッド層の成長温度以下の基板温度で形成することを特徴としている。
【0031】
第2の実施例において結晶の成長にはMOCVD法が用いられ、基板としてサファイア(0001)c面が用いられる。またIII族ガス源としてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)およびトリメチルインジウム(TMI)が用いられ、V族ガス源としてアンモニア(NH)が用いられる。またn型ドーパント源としてモノシラン(SiH)が、p型ドーパント源としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)が、キャリアガスとしてHが用いられる。その製造工程を以下に説明する。
(1) MOCVD装置内にサファイア基板を導入し、基板をH中で基板温度約1050℃で加熱し、基板の表面処理を行なう。
(2) 基板温度を約500℃まで下げ、GaNまたはAlNバッファ層を形成する。このときのバッファ層の層厚はGaNであれば250Å、AlNであれば500Åである。
(3) 基板温度を約1020℃まで上げて、n型GaN層を約4μm程度成長させる。
(4) 同じ基板温度でn型Al0.1Ga0.9N下部クラッド層4を約1μm成長させる。
(5) 基板温度を約800℃に下げ、ノンドープまたはSiドープIn0.2Ga0.8N活性層(または「発光層」ともいう。)を約200Åの膜厚で成長させる。
(6) 基板温度をノンドープまたはSiドープIn0.2Ga0.8N活性層の成長温度以上かつp型Al0.1Ga0.9N上部クラッド層の成長温度以下である、約900℃にて薄層p型Al0.05Ga0.95N蒸発防止層を成長させる。
(7) 基板温度を約1020℃まで上げ、p型Al0.1Ga0.9N上部クラッド層を約1μm成長させる。
(8) p型電極GaNキャップ層を約1μm成長させる。薄層p型Al0.05Ga0.95N蒸発防止層は、基板温度を約1020℃まで上げる間に良質膜となる。
【0032】
結晶の成長後ウェハには熱アニーリング、エッチングが行なわれた後電極の形成が行なわれる。これらの工程は第1の実施例と同一であるのでここでの説明を繰返さない。
【0033】
以上に述べたように本実施例ではInを含む活性層の形成後、活性層の成長温度以上かつ上部クラッド層の成長温度以下で蒸発防止層を形成するため、Inの遊離を防止することができ、制御性に優れた結晶成長が可能となり、良質のInを含む活性層および活性層の界面を提供することが可能となる。
【0034】
(第3の実施例)
第3の実施例において製造される化合物半導体発光素子の積層状態は図1および図8に示される第1の実施例における化合物半導体発光素子の積層状態と同一であるのでここでの説明を繰返さない。
【0035】
図10は本発明の第3の実施例における化合物半導体発光素子の下部クラッド層から上部クラッド層の形成の間の温度プロファイルを示す図である。
【0036】
本実施例における化合物半導体発光素子の製造工程は、蒸発防止層の成長温度をInを含む活性層の成長温度とほぼ同じにすることを特徴としている。
【0037】
本実施例において化合物半導体発光素子の製造方法にはMOCVD法が用いられる。また基板としてサファイア(0001)c面が用いられ、III族ガス源としてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)およびトリメチルインジウム(TMI)が用いられ、V族ガス源としてアンモニア(NH)が用いられ、n型ドーパント源としてモノシラン(SiH)が、p型ドーパント源としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)が、キャリアガスとしてHが用いられる。その製造工程を以下に説明する。
(1) MOCVD装置内にサファイア基板を導入し、基板をH中で基板温度約1050℃で加熱し、基板の表面処理を行なう。
(2) 基板温度を約500℃まで下げ、GaNまたはAlNバッファ層を成長させる。このときのバッファ層の層厚はGaNであれば250Å、AlNであれば500Åである。
(3) 基板温度を約1020℃まで上げ、n型GaN層を約4μm程度成長させる。
(4) 同じ基板温度でn型Al0.1Ga0.9N下部クラッド層を約1μm成長させる。
(5) 基板温度を約800℃に下げてノンドープまたはSiドープIn0.2Ga0.8N活性層を約200Åの層厚で成長させる。
(6) ノンドープまたはSiドープIn0.2Ga0.8N活性層の成長温度とほぼ同じ成長温度にて、薄層p型Al0.05Ga0.95N蒸発防止層を成長させる。
(7) 基板温度を約1020℃まで上げ、p型Al0.1Ga0.9N上部クラッド層を約1μm成長させる。
(8) p型GaNキャップ層を約1μm成長させる。薄層p型Al0.05Ga0.95N蒸発防止層は、基板温度を約1020℃まで上げる間に良質膜となる。
【0038】
また製造されたウェハは熱アニーリング、エッチングおよび電極形成の工程を経て半導体レーザや発光ダイオードなどの素子とされる。これらの工程は第1の実施例と実質的に同一であるのでここでの説明を繰返さない。
【0039】
(第4の実施例)
図11は本発明の第4の実施例における化合物半導体発光素子の模式断面図である。
【0040】
図を参照して本実施例における化合物半導体発光素子は、積層されたn型電極10、n型GaAs基板11、n型GaAsバッファ層12、n型Al0.8Ga0.2As下部クラッド層13、活性層20、p型(Mgドープ)Al0.8Ga0.2As上部クラッド層17、絶縁層18、p型GaAsキャップ層19およびp型電極9により構成される。また活性層20は図面に対して下からノンドープGaAs層14、ノンドープIn0.15Ga0.85Asひずみ量子井戸活性層15およびノンドープGaAs蒸発防止層16の順に積層された化合物半導体により構成される。
【0041】
活性層近傍のエネルギレベルを図12に示す。また本実施例における化合物半導体発光素子にはフォトリソグラフィーとウエットエッチングにより幅3μmのリッジ導波構造が形成されている。
【0042】
本実施例における化合物半導体発光素子はMOCVD法により形成される。本実施例においては基板としてGaAsが用いられ、III族ガス源としてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)およびトリメチルインジウム(TMI)が用いられ、V族ガス源としてアルシン(AsH)が用いられ、n型ドーパント源としてSeが、p型ドーパント源としてMgおよびZnが、キャリアガスとしてHが用いられる。そして本実施例における化合物半導体発光素子は以下の工程により製造される。
(1) MOCVD装置内にn型(100)GaAs基板11を導入し、基板温度を約800℃まで上げGaAsバッファ層12を成長させる。GaAsバッファ層の層厚は0.5μmである。
(2) 同温度にてn型Al0.8Ga0.2As下部クラッド層13を層厚約1.4μmに成長させる。
(3) ノンドープ型GaAs層14を約100Å成長させる。
(4) 基板温度を約630℃に下げてノンドープIn0.15Ga0.85Asひずみ量子井戸活性層15を約110Åの層厚で成長させる。
(5) ノンドープ型GaAs蒸発防止層16を約100Åの層厚で成長させる。なお蒸発防止層の成長における基板の温度は図13から図15に示されるいずれの成長温度プロファイルによっても行なうことが可能である。すなわち図13においては蒸発防止層はひずみ量子井戸活性層の成長温度である630℃よりも低い約550℃にて形成される。また図14においては蒸発防止層はひずみ量子井戸活性層の成長温度である約630℃以上かつ上部クラッド層の成長温度である約800℃以下の温度である約700℃で成長させることができる。また図15においては蒸発防止層はひずみ量子井戸活性層の成長温度とほぼ同じ温度である約630℃で成長させることが可能である。
(6) p型(Mgドープ)Al0.8Ga0.2As上部クラッド層17を約1.4μmの層厚で成長させる。
(7) p型(Znドープ)GaAsキャップ層19を約1μmの層厚で成長させる。
【0043】
以上の工程を経たウェハに対し、従来の技術であるフォトリソグラフィーとウエットエッチングの技術が用いられ、図11に示される幅3μmのリッジ導波構造が形成される。リッジ導波構造が形成されたウェハにはp型およびn型電極が形成され素子化が行なわれる。
【0044】
(第5の実施例)
第5の実施例において形成される化合物半導体発光素子の積層状態は図1および図8に示される第1の実施例における化合物半導体発光素子の積層構造と同一であるのでここでの説明を繰返さない。第5の実施例においてその特徴とするところは蒸発防止層を形成する物質としてAl0.4Ga0.6Nを用いる点である。これにより蒸発防止層と上部クラッド層との間の物質の化学組成の明瞭な差を付けることができ、これにより素子製造後の蒸発防止層の検証が容易となる。
【0045】
本実施例における化合物半導体発光素子の製造にはMOCVD法が用いられ、基板としてサファイア(0001)c面が用いられる。またIII族ガス源としてトリメチルガリウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)およびトリメチルインジウム(TMI)が用いられ、V族ガス源としてアンモニア(NH)が用いられる。またn型ドーパント源としてモノシラン(SiH)が、p型ドーパント源としてビスシクロペンタジエニルマグネシウム(CpMg)が、キャリアガスとしてHが用いられる。
【0046】
そして本実施例における化合物半導体発光素子は以下の工程を経て形成される。
(1) MOCVD装置内にサファイア基板を導入し、基板温度をH中で基板温度約1050℃で加熱し基板の表面処理を行なう。
(2) 基板温度を約500℃まで下げGaNまたはAlNバッファ層を成長させる。このときバッファ層の層厚はGaNであれば250Å、AlNであれば500Åである。
(3) 基板温度を約1020℃まで上げてn型GaN層を層厚約4μm程度成長させる。
(4) 同じ基板温度でn型Al0.1Ga0.9N下部クラッド層を層厚約1μmで成長させる。
(5) 基板温度を約800℃に下げてノンドープまたはSiドープIn0.2Ga0.8N活性層(または発光層ともいう。)を層厚約200Åで成長させる。
(6) 薄層p型Al0.4Ga0.6N蒸発防止層を成長させる。なおこのときの基板温度は約600℃から約900℃の間で任意に選択可能である。たとえば約600℃、約800℃、約900℃等を選択することができる。
(7) 基板温度を約1020℃まで上げ、p型Al0.1Ga0.9N上部クラッド層を層厚約1μmの厚さに成長させる。
(8) p型GaNキャップ層を層厚約1μmの厚さに成長させる。薄層p型Al0.4Ga0.6N蒸発防止層は、基板温度を約1020℃まで上げる間に良質膜となる。
【0047】
層構造の形成されたウェハには約700℃でN中にて熱アニーリングが行なわれる。熱アニーリングにより薄層p型Al0.4Ga0.6N蒸発防止層、p型Al0.1Ga0.9N上部クラッド層およびp型GaNキャップ層は高濃度p型層に変化する。
【0048】
次にn型の電極を形成するために、n型GaN層が露出するまでエッチングが行なわれ、エッチングされたウェハ上にp型およびn型電極がそれぞれ形成される。
【0049】
なお実施例の説明中結晶の成長にMOCVD法を用いることとしたが、成長方法としてMBE法(分子線エピタキシャル成長法)などを用いることができる。また特許請求の範囲内において使用材料、成長条件などの変更を加えることができる。
【0050】
さらに第1から第3および第5の実施例において基板としてサファイア(0001)c面を用いることとしたが、基板としてSiC、MgO、ZnOまたはMgAlなどを用いることができる。
【0051】
さらにバッファ層として用いられる物質は化学式AlGa1−XN(0<X<1)などの物質を用いることができる。
【0052】
さらに活性層は化学式AlGaInN(X+Y+Z=1かつ0≦X・Y≦1,0<Z≦1)により構成される物質であれば何を用いてもよい。
【0053】
さらに下部クラッド層としてn型AlGa1−ZN(0≦Z≦1)により構成される物質を用いることが可能であり、上部クラッド層としてp型AlGa1−ZN(0≦Z≦1)により構成される物質を用いることができる。
【0054】
さらに第4の実施例におけるノンドープ型GaAs層14を構成する物質としてノンドープAlGa1−XAs(0≦X≦1)により構成される物質を使用することができ、ノンドープIn0.15Ga0.85Asひずみ量子井戸活性層を構成する物質として、ノンドープInGa1−yAs(0<y≦1)を用いることが可能である。さらに第4の実施例において蒸発防止層としてp型AlGa1−XAs(0≦X≦1)により構成される物質を使用することができる。
【0055】
【発明の効果】
本発明の化合物半導体発光素子によると、蒸発防止層を備えるため、Inの遊離を極力抑えることができ、制御性に優れた結晶成長を可能とし、良質のInを含む活性層(発光層)および活性層の界面を含む化合物半導体発光素子を提供することが可能となる。
【0056】
また、本発明の化合物半導体発光素子の製造方法によれば、活性層中に含まれるInの遊離を極力抑えることができるので、制御性に優れた結晶成長を可能とし、良質のInを含む活性層および活性層の界面を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における半導体レーザダイオードの模式断面図である。
【図2】本発明の第1の実施例における化合物半導体発光素子の成長温度プロファイルを示す図である。
【図3】化合物半導体発光素子の製造工程を示す第1の図である。
【図4】化合物半導体発光素子の製造工程を示す第2の図である。
【図5】化合物半導体発光素子の製造工程を示す第3の図である。
【図6】化合物半導体発光素子の製造工程を示す第4の図である。
【図7】化合物半導体発光素子の製造工程を示す第5の図である。
【図8】本発明の一実施例における発光ダイオードの模式断面図である。
【図9】本発明の第2の実施例における化合物半導体発光素子の成長温度プロファイルを示す図である。
【図10】本発明の第3の実施例における化合物半導体発光素子の成長温度プロファイルを示す図である。
【図11】本発明の第4の実施例における半導体レーザダイオードの模式断面図である。
【図12】図11における活性層近傍のエネルギレベルを示す図である。
【図13】図11のレーザダイオードを製造する過程における温度プロファイルを示す第1の図である。
【図14】図11のレーザダイオードを製造する過程における温度プロファイルを示す第2の図である。
【図15】図11のレーザダイオードを製造する過程における温度プロファイルを示す第3の図である。
【図16】従来の化合物半導体発光素子の製造工程における温度プロファイルを示す図である。
【図17】従来の化合物半導体発光素子の模式断面図である。
【符号の説明】
1 サファイア(0001)基板
2 GaNまたはAlNバッファ層
3 n型GaN層
4 n型AlGa1−ZN(0≦Z≦1)下部クラッド層
5 non−dopedまたはSiドープInGa1−YN(0<Y≦1)活性層(または発光層)
6 薄層p型AlGa1−XN(0≦X≦1)蒸発防止層
7 p型AlGa1−ZN(0≦Z≦1)上部クラッド層
8 p型GaNキャップ層
9 p型電極
10 n型電極
11 n型GaAs基板
12 n型GaAsバッファ層
13 n型AlGa1−ZAs(0≦Z≦1)下部クラッド層
14 ノンドープAlGa1−XAs(0≦X≦1)層
15 ノンドープInGa1−YAs(0<Y≦1)ひずみ量子井戸活性層
16 p型AlGa1−XAs(0≦X≦1)蒸発防止層
17 p型AlGa1−ZAs(0≦Z≦1)上部クラッド層
18 絶縁層
19 p型GaAsキャップ層
20 活性層
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a compound semiconductor light emitting device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor laser diode and a light emitting diode capable of emitting light in a blue region.
[0002]
[Prior art]
FIG. 17 is a diagram showing a schematic cross section of a conventional AlGaN / InGaN / AlGaN-based compound semiconductor light emitting device (semiconductor laser, light emitting diode) capable of emitting light in the blue region.
[0003]
Referring to the figure, a semiconductor light emitting device includes a sapphire (0001) substrate 1, a GaN or AlN buffer layer 2, an n-type GaN layer 3, and an n-type AlZGa1-ZN (0 ≦ Z ≦ 1) lower cladding layer 4, non-doped or Zn-doped InYGa1-YN (0 ≦ Y ≦ 1) active layer (also called light emitting layer) 5, p-type AlZGa1-ZIt is composed of an N (0 ≦ Z ≦ 1) upper cladding layer 7 and a p-type GaN cap layer 8. An n-type electrode 10 is formed on the n-type GaN layer 3 and a p-type electrode 9 is formed on the p-type GaN cap layer 8.
[0004]
Such a compound semiconductor light emitting device is generally manufactured through the following steps by a metal organic chemical vapor deposition method (hereinafter, referred to as “MOCVD method”).
(1) The surface treatment of the sapphire substrate 1 is performed at a temperature of about 1050 ° C.
(2) The substrate temperature is lowered to about 510 ° C., and a thin GaN or AlN buffer layer 2 is grown.
(3) The substrate temperature is raised to 1020 ° C., and the n-type GaN layer 3 is grown.
(4) At the same temperature, the n-type AlGaN lower cladding layer 4 is grown.
(5) The substrate temperature is lowered to about 800 ° C., and the non-doped InGaN-based active layer (or Zn-doped light emitting layer) 5 is grown to a thickness of about 100 to 500 °.
(6) The substrate temperature is raised to about 1020 ° C., and the p-type AlGaN upper cladding layer 7 is grown.
(7) The p-type GaN cap layer 8 is grown at the same temperature.
(8) After the etching, the p-type electrode 9 and the n-type electrode 10 are formed.
[0005]
In the above-described steps, the temperature at which the active layer 5 containing In is grown is set to about 800 ° C. because the vapor pressure of In is relatively high. Because you can not get. The reason why the growth temperature of the AlGaN cladding layer is set to 1020 ° C. is that a film of good crystal quality cannot be formed unless the AlGaN cladding layer is grown at a temperature of 1000 ° C. or higher.
[0006]
Therefore, during the steps (4) to (6) described above, the light emitting element follows the growth temperature profile shown in FIG. In FIG. 16, the horizontal axis indicates the semiconductor growth direction, and the vertical axis indicates the growth temperature.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the substrate temperature is raised to about 1020 ° C. in order to grow the p-type AlGaN upper cladding layer 7, the above-described conventional method for manufacturing a compound semiconductor includes an active layer containing In formed in the previous step. (Light-Emitting Layer) There was a problem that In was liberated from 5. The release of In leads to the deterioration of the interface between the active layer 5 and the upper cladding layer 7 and the difficulty in controlling the thickness of the active layer 5 and the In crystal ratio. Was.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to minimize the release of In in the manufacturing process of a compound semiconductor light emitting device, to enable crystal growth with excellent controllability, and to improve the activity including In of high quality. It is an object of the present invention to provide a compound semiconductor light emitting device having an interface between a layer and a high quality active layer.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
Further, in the method for manufacturing a compound semiconductor light emitting device of the present invention, a first step of forming a lower clad layer and a second step of forming an active layer containing In at a first temperature on the lower clad layer A third step of forming an evaporation-preventing layer on the active layer at a second temperature higher than the first temperature; and a third temperature higher than the second temperature on the evaporation-preventing layer. And forming a fourth step of forming an upper cladding layer with.
GoodPreferably, the active layer has the formula AlXGaYInZN (X + Y + Z = 1 and 0 ≦ XY
≦ 1, 0 <Z ≦ 1).
Preferably, the evaporation preventing layer is made of AlXGa1-XIt is characterized by being composed of a substance constituted by N (0 ≦ X ≦ 1).
Preferably said active layer is InyGa1- yIt is characterized by being composed of a substance composed of As (0 <y ≦ 1).
Preferably, the evaporation preventing layer is made of AlXGa1-XIt is characterized by being composed of a substance composed of As (0 ≦ X ≦ 1).
Preferably, the evaporation prevention layer is formed using Mg or Zn as a p-type dopant.
[0013]
The compound semiconductor light emitting device of the present invention includes an evaporation preventing layer on an active layer. The presence of the evaporation prevention layer prevents the release of In in the active layer, which has conventionally occurred during the manufacture of the compound semiconductor light emitting device.
[0014]
In the method for manufacturing a compound semiconductor light emitting device of the present invention, the lower cladding layer is formed in the first step. In the second step, Al is deposited on the lower cladding layer at a first temperature.XGayInzAn active layer composed of N (X + Y + Z = 1 and 0 ≦ XY · 1, 0 <Z ≦ 1) is formed. In a third step, Al is formed on the active layer at a second temperature equal to or lower than the first temperature.XGa1-XAn evaporation prevention layer composed of N (0 ≦ X ≦ 1) is formed.
[0015]
In the method for manufacturing a compound semiconductor light emitting device of the present invention, the lower cladding layer is formed in the first step. In the second step, AlXGaYInZAn active layer composed of N (X + Y + Z = 1 and 0 ≦ XY · 1, 0 <Z ≦ 1) is formed. In the third step, Al is formed on the active layer at a second temperature higher than the first temperature.XGa1-XAn evaporation prevention layer composed of N (0 ≦ X ≦ 1) is formed. In a fourth step, an upper cladding layer is formed on the evaporation prevention layer at a third temperature equal to or higher than the second temperature.
[0016]
In the method for manufacturing a compound semiconductor light emitting device of the present invention, the lower cladding layer is formed in the first step. In a second step, Al is deposited on the lower cladding layer at a first temperature.XGaYInZAn active layer composed of N (X + Y + Z = 1 and 0 ≦ XY · 1, 0 <Z ≦ 1) is formed. In the third step, Al is formed on the active layer at substantially the same temperature as the first temperature.XGa1-XAn evaporation prevention layer composed of N (0 ≦ X ≦ 1) is formed.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in order. In the present embodiment, the growth conditions, the type of the organometallic compound gas, and the materials used are not limited to the following. In this embodiment, various changes can be made within the scope of the claims.
[0018]
(First embodiment)
In the first embodiment, the sapphire (0001) c-plane is used as a substrate, and each layer is grown by MOCVD. Also, trimethyl gallium (TMG), trimethyl aluminum (TMA) and trimethyl indium (TMI) are used as group III gas sources, and ammonia (NH3) Is used, and monosilane (SiH) is used as an n-type dopant source.4) Is biscyclopentadienyl magnesium (Cp2Mg) is used, and H is used as a carrier gas.2Is used.
[0019]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a semiconductor laser diode according to a first embodiment of the present invention.
[0020]
Referring to the drawings, a semiconductor laser diode according to the present embodiment has a sapphire substrate 1, a GaN or AlN buffer layer 2, an n-type GaN layer 3, an n-type Al layer formed on a sapphire (0001) c-plane substrate 1 in this order.0.1Ga0.9N lower cladding layer 4, non-doped or Si-doped In0.2Ga0.8N active layer (or light emitting layer) 5, thin p-type Al0.05Ga0.95N evaporation prevention layer 6, p-type Al0.1Ga0.9It is composed of an N upper cladding layer 7 and a p-type GaN cap layer 8. An n-type electrode 10 is formed on the n-type GaN layer 3, and a p-type electrode 9 is formed on the p-type GaN cap layer 8.
[0021]
The stacked state of the semiconductor differs from the conventional stacked state of the semiconductor shown in FIG. 17 in that the evaporation preventing layer 6 is provided between the active layer 5 and the upper cladding layer 7.
[0022]
The semiconductor laser shown in FIG. 1 is formed by the following steps. (1) The sapphire substrate 1 is introduced into the MOCVD apparatus, and the substrate is2The substrate is heated at a substrate temperature of about 1050 ° C. to perform a surface treatment on the substrate.
(2) The substrate temperature is lowered to about 500 ° C., and a GaN or AlN buffer layer 2 is grown. At this time, the thickness of the buffer layer 2 is 250 ° for GaN and 500 ° for AlN.
(3) The substrate temperature is raised to about 1020 ° C., and the n-type GaN layer 3 is grown to a thickness of about 4 μm. At this point, the laminated structure shown in FIG. 3 is formed.
(4) n-type Al at the same substrate temperature0.1Ga0.9The N lower cladding layer 4 is grown to a thickness of about 1 μm. FIG. 4 shows the laminated state of the substrate at this time.
(5) The temperature of the substrate is lowered to about 800 ° C., and the temperature of the substrate is reduced to non-doped or Si-doped In.0.2Ga0.8An N active layer (or light emitting layer) is grown to a thickness of about 200 °. FIG. 5 shows the laminated state of the substrate at this time.
(6) Set the substrate temperature to non-doped or Si-doped In0.2Ga0.8N active layer (or light emitting layer).0.05Ga0.95The N evaporation preventing layer 6 is grown. FIG. 6 shows the state of lamination of the substrates at this time.
(7) Raise the substrate temperature to about 1020 ° C.0.1Ga0.9The N upper cladding layer 7 is grown with a thickness of about 1 μm.
(8) Next, at the same temperature, a p-type electrode GaN cap layer 8 is grown to a thickness of about 1 μm. FIG. 7 shows the laminated state of the substrate at this time.
[0023]
Thin p-type Al0.05Ga0.95The N evaporation preventing layer 6 becomes a good quality film while the substrate temperature is raised to about 1020 ° C.
[0024]
The wafer manufactured as described above has N2Thermal annealing is performed inside. By thermal annealing, thin p-type Al0.05Ga0.95N evaporation prevention layer 6, p-type Al0.1Ga0.9The N upper cladding layer 7 and the p-type GaN cap layer 8 change to a high concentration p-type layer.
[0025]
Next, in order to perform electrode attachment, a part of the wafer is etched until the n-type GaN layer 3 is exposed. Thereafter, the p-type electrode 9 and the n-type electrode 10 are formed. Through the above steps, the AlGaN / InGaN / AlGaN-based semiconductor laser diode shown in FIG. 1 is manufactured.
[0026]
FIG. 2 is a diagram showing a crystal growth temperature profile during the formation of the lower cladding layer 4 to the upper cladding layer 7 of the semiconductor laser diode of FIG.
[0027]
As described above, in the compound semiconductor light emitting device of the present embodiment, after forming the active layer 5, the evaporation preventing layer 6 is formed at a temperature equal to or lower than the growth temperature of the active layer 5, and then the upper cladding layer 7 is formed at a substrate temperature of about 1020 ° C. It is formed. Therefore, release of In contained in the active layer 5 is prevented from occurring, whereby it is possible to provide a compound semiconductor light emitting device having an interface between an active layer containing good quality In and an active layer having good quality, and In the manufacturing process, crystal growth with excellent controllability becomes possible.
[0028]
FIG. 8 is a schematic sectional view of a light emitting diode which is a modification of the present embodiment. Referring to FIG. 8, the light emitting diode differs from the semiconductor laser diode shown in FIG. 1 in that p-type electrode 9 is formed small. This is because the light emitted by the active layer 5 is also output upward through the upper cladding layer 7 and the cap layer 8.
[0029]
(Second embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing a growth temperature profile from the lower cladding layer to the upper cladding layer of the compound semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention.
[0030]
Since the laminated structure of the compound semiconductor light emitting device in this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 8, description thereof will not be repeated here. The compound semiconductor light emitting device according to the second embodiment is characterized in that the evaporation preventing layer is formed at a substrate temperature not lower than the growth temperature of the active layer containing In and not higher than the growth temperature of the upper cladding layer.
[0031]
In the second embodiment, MOCVD is used for crystal growth, and a sapphire (0001) c-plane is used as a substrate. Also, trimethyl gallium (TMG), trimethyl aluminum (TMA) and trimethyl indium (TMI) are used as group III gas sources, and ammonia (NH3) Is used. Monosilane (SiH) is used as an n-type dopant source.4) Is biscyclopentadienyl magnesium (Cp2Mg) as a carrier gas2Is used. The manufacturing process will be described below.
(1) A sapphire substrate is introduced into the MOCVD apparatus, and the substrate is H2The substrate is heated at a substrate temperature of about 1050 ° C. to perform a surface treatment on the substrate.
(2) Lower the substrate temperature to about 500 ° C. and form a GaN or AlN buffer layer. At this time, the thickness of the buffer layer is 250 ° for GaN and 500 ° for AlN.
(3) The substrate temperature is raised to about 1020 ° C., and an n-type GaN layer is grown to about 4 μm.
(4) n-type Al at the same substrate temperature0.1Ga0.9The N lower cladding layer 4 is grown to about 1 μm.
(5) The substrate temperature is lowered to about 800 ° C., and the non-doped or Si-doped In0.2Ga0.8An N active layer (or “light emitting layer”) is grown to a thickness of about 200 °.
(6) Set the substrate temperature to non-doped or Si-doped In0.2Ga0.8N-type active layer growth temperature or higher and p-type Al0.1Ga0.9A thin p-type Al at about 900 ° C. which is lower than the growth temperature of the N upper cladding layer.0.05Ga0.95A N evaporation prevention layer is grown.
(7) Raise the substrate temperature to about 1020 ° C.0.1Ga0.9The N upper cladding layer is grown to about 1 μm.
(8) Growing a p-type electrode GaN cap layer by about 1 μm. Thin p-type Al0.05Ga0.95The N evaporation preventing layer becomes a good quality film while the substrate temperature is raised to about 1020 ° C.
[0032]
After crystal growth, the wafer is subjected to thermal annealing and etching, and then electrodes are formed. Since these steps are the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated here.
[0033]
As described above, in this embodiment, after the formation of the active layer containing In, the evaporation prevention layer is formed at a growth temperature of the active layer or higher and a growth temperature of the upper cladding layer or lower. As a result, crystal growth with excellent controllability becomes possible, and it becomes possible to provide an active layer containing high quality In and an interface between the active layers.
[0034]
(Third embodiment)
The laminated state of the compound semiconductor light emitting device manufactured in the third embodiment is the same as the laminated state of the compound semiconductor light emitting device in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 8, and therefore, description thereof will not be repeated. .
[0035]
FIG. 10 is a diagram showing a temperature profile during the formation of the lower cladding layer to the upper cladding layer of the compound semiconductor light emitting device according to the third embodiment of the present invention.
[0036]
The manufacturing process of the compound semiconductor light emitting device in the present embodiment is characterized in that the growth temperature of the evaporation prevention layer is made substantially the same as the growth temperature of the active layer containing In.
[0037]
In this embodiment, an MOCVD method is used as a method for manufacturing a compound semiconductor light emitting device. A sapphire (0001) c-plane is used as a substrate, trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA) and trimethylindium (TMI) are used as group III gas sources, and ammonia (NH 3) is used as a group V gas source.3) Is used, and monosilane (SiH) is used as an n-type dopant source.4) Is biscyclopentadienyl magnesium (Cp2Mg) as a carrier gas2Is used. The manufacturing process will be described below.
(1) A sapphire substrate is introduced into the MOCVD apparatus, and the substrate is H2The substrate is heated at a substrate temperature of about 1050 ° C. to perform a surface treatment on the substrate.
(2) Lower the substrate temperature to about 500 ° C. and grow a GaN or AlN buffer layer. At this time, the thickness of the buffer layer is 250 ° for GaN and 500 ° for AlN.
(3) The substrate temperature is raised to about 1020 ° C., and an n-type GaN layer is grown to about 4 μm.
(4) n-type Al at the same substrate temperature0.1Ga0.9The N lower cladding layer is grown to about 1 μm.
(5) Reduce the substrate temperature to about 800 ° C.0.2Ga0.8An N active layer is grown with a thickness of about 200 °.
(6) Non-doped or Si-doped In0.2Ga0.8At a growth temperature substantially equal to the growth temperature of the N active layer, a thin p-type Al0.05Ga0.95A N evaporation prevention layer is grown.
(7) Raise the substrate temperature to about 1020 ° C.0.1Ga0.9The N upper cladding layer is grown to about 1 μm.
(8) A p-type GaN cap layer is grown to about 1 μm. Thin p-type Al0.05Ga0.95The N evaporation preventing layer becomes a good quality film while the substrate temperature is raised to about 1020 ° C.
[0038]
The manufactured wafer is subjected to thermal annealing, etching, and electrode forming steps to be formed into devices such as a semiconductor laser and a light emitting diode. Since these steps are substantially the same as those in the first embodiment, description thereof will not be repeated.
[0039]
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a schematic sectional view of a compound semiconductor light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention.
[0040]
Referring to the drawings, a compound semiconductor light emitting device according to the present embodiment has a stacked n-type electrode 10, an n-type GaAs substrate 11, an n-type GaAs buffer layer 12, an n-type Al0.8Ga0.2As lower cladding layer 13, active layer 20, p-type (Mg-doped) Al0.8Ga0.2It comprises an As upper cladding layer 17, an insulating layer 18, a p-type GaAs cap layer 19, and a p-type electrode 9. In addition, the active layer 20 includes a non-doped GaAs layer 14, a non-doped In0.15Ga0.85It is composed of a compound semiconductor in which an As strained quantum well active layer 15 and a non-doped GaAs evaporation prevention layer 16 are laminated in this order.
[0041]
FIG. 12 shows the energy levels near the active layer. In the compound semiconductor light emitting device of this embodiment, a ridge waveguide structure having a width of 3 μm is formed by photolithography and wet etching.
[0042]
The compound semiconductor light emitting device in this embodiment is formed by the MOCVD method. In this embodiment, GaAs is used as the substrate, trimethylgallium (TMG), trimethylaluminum (TMA) and trimethylindium (TMI) are used as the group III gas source, and arsine (AsH) is used as the group V gas source.3), Se as an n-type dopant source, Mg and Zn as a p-type dopant source, and H as a carrier gas.2Is used. The compound semiconductor light emitting device in this embodiment is manufactured by the following steps.
(1) An n-type (100) GaAs substrate 11 is introduced into an MOCVD apparatus, the substrate temperature is raised to about 800 ° C., and a GaAs buffer layer 12 is grown. The thickness of the GaAs buffer layer is 0.5 μm.
(2) n-type Al at the same temperature0.8Ga0.2An As lower cladding layer 13 is grown to a thickness of about 1.4 μm.
(3) A non-doped GaAs layer 14 is grown by about 100 °.
(4) Lower the substrate temperature to about 630 ° C.0.15Ga0.85An As strained quantum well active layer 15 is grown to a thickness of about 110 °.
(5) The non-doped GaAs evaporation preventing layer 16 is grown to a thickness of about 100 °. The temperature of the substrate in growing the evaporation preventing layer can be determined by any of the growth temperature profiles shown in FIGS. That is, in FIG. 13, the evaporation preventing layer is formed at about 550 ° C. which is lower than 630 ° C. which is the growth temperature of the strained quantum well active layer. In FIG. 14, the evaporation preventing layer can be grown at a temperature of about 630 ° C., which is the growth temperature of the strained quantum well active layer, and about 700 ° C., which is a temperature of about 800 ° C. or less, which is the growth temperature of the upper cladding layer. In FIG. 15, the evaporation preventing layer can be grown at about 630 ° C., which is almost the same as the growth temperature of the strained quantum well active layer.
(6) p-type (Mg-doped) Al0.8Ga0.2An As upper cladding layer 17 is grown to a thickness of about 1.4 μm.
(7) A p-type (Zn-doped) GaAs cap layer 19 is grown to a thickness of about 1 μm.
[0043]
The ridge waveguide structure having a width of 3 μm shown in FIG. 11 is formed on the wafer having undergone the above steps by using the conventional techniques of photolithography and wet etching. On the wafer on which the ridge waveguide structure is formed, p-type and n-type electrodes are formed and elements are formed.
[0044]
(Fifth embodiment)
The laminated state of the compound semiconductor light emitting device formed in the fifth embodiment is the same as the laminated structure of the compound semiconductor light emitting device in the first embodiment shown in FIGS. 1 and 8, and therefore, description thereof will not be repeated. . The fifth embodiment is characterized in that Al is used as a material for forming an evaporation prevention layer.0.4Ga0.6N is used. This makes it possible to make a clear difference in the chemical composition of the substance between the evaporation prevention layer and the upper cladding layer, thereby facilitating verification of the evaporation prevention layer after the device is manufactured.
[0045]
The MOCVD method is used for manufacturing the compound semiconductor light emitting device in this embodiment, and a sapphire (0001) c-plane is used as a substrate. Also, trimethyl gallium (TMG), trimethyl aluminum (TMA) and trimethyl indium (TMI) are used as group III gas sources, and ammonia (NH3) Is used. Monosilane (SiH) is used as an n-type dopant source.4) Is biscyclopentadienyl magnesium (Cp2Mg) as a carrier gas2Is used.
[0046]
The compound semiconductor light emitting device in this embodiment is formed through the following steps.
(1) A sapphire substrate is introduced into the MOCVD apparatus, and the substrate temperature is set to H.2The substrate is heated at a substrate temperature of about 1050 ° C. to perform a surface treatment on the substrate.
(2) Lower the substrate temperature to about 500 ° C. and grow a GaN or AlN buffer layer. At this time, the thickness of the buffer layer is 250 ° for GaN and 500 ° for AlN.
(3) Raise the substrate temperature to about 1020 ° C. and grow an n-type GaN layer with a layer thickness of about 4 μm.
(4) n-type Al at the same substrate temperature0.1Ga0.9An N lower cladding layer is grown to a thickness of about 1 μm.
(5) Reduce the substrate temperature to about 800 ° C.0.2Ga0.8An N active layer (also referred to as a light emitting layer) is grown to a thickness of about 200 °.
(6) Thin p-type Al0.4Ga0.6A N evaporation prevention layer is grown. The substrate temperature at this time can be arbitrarily selected from about 600 ° C. to about 900 ° C. For example, about 600 ° C., about 800 ° C., about 900 ° C., and the like can be selected.
(7) Raise the substrate temperature to about 1020 ° C.0.1Ga0.9An N upper cladding layer is grown to a thickness of about 1 μm.
(8) A p-type GaN cap layer is grown to a thickness of about 1 μm. Thin p-type Al0.4Ga0.6The N evaporation preventing layer becomes a good quality film while the substrate temperature is raised to about 1020 ° C.
[0047]
At about 700 ° C., N2Thermal annealing is performed inside. Thin p-type Al by thermal annealing0.4Ga0.6N evaporation prevention layer, p-type Al0.1Ga0.9The N upper cladding layer and the p-type GaN cap layer change to a high concentration p-type layer.
[0048]
Next, in order to form an n-type electrode, etching is performed until the n-type GaN layer is exposed, and p-type and n-type electrodes are respectively formed on the etched wafer.
[0049]
In the description of the embodiment, the MOCVD method is used for growing crystals, but an MBE method (molecular beam epitaxial growth method) or the like can be used as a growing method. Further, within the scope of the claims, materials used, growth conditions, and the like can be changed.
[0050]
Further, in the first to third and fifth embodiments, the sapphire (0001) c-plane is used as the substrate, but the substrate is made of SiC, MgO, ZnO or MgAl.2O4Etc. can be used.
[0051]
Further, the substance used as the buffer layer has the chemical formulaXGa1-XA substance such as N (0 <X <1) can be used.
[0052]
Further, the active layer has the formula AlXGaYInZAny substance can be used as long as it is a substance constituted by N (X + Y + Z = 1 and 0 ≦ XY · 1, 0 <Z ≦ 1).
[0053]
Further, n-type AlZGa1-ZN (0 ≦ Z ≦ 1) can be used, and a p-type AlZGa1-ZA substance constituted by N (0 ≦ Z ≦ 1) can be used.
[0054]
Further, non-doped Al is used as a material constituting the non-doped GaAs layer 14 in the fourth embodiment.XGa1-XA material composed of As (0 ≦ X ≦ 1) can be used.0.15Ga0.85As a material constituting the As strained quantum well active layer, non-doped InyGa1-yAs (0 <y ≦ 1) can be used. Further, in the fourth embodiment, p-type AlXGa1-XA substance composed of As (0 ≦ X ≦ 1) can be used.
[0055]
【The invention's effect】
According to the compound semiconductor light emitting device of the present invention, since the compound semiconductor light emitting device is provided with the evaporation preventing layer, the release of In can be suppressed to the utmost, the crystal growth with excellent controllability can be achieved, and the active layer (light emitting layer) containing high quality In and It is possible to provide a compound semiconductor light emitting device including an interface of an active layer.
[0056]
Further, according to the method for manufacturing a compound semiconductor light emitting device of the present invention, the release of In contained in the active layer can be suppressed as much as possible. It is possible to provide an interface between the layer and the active layer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a growth temperature profile of the compound semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a first diagram showing a manufacturing process of the compound semiconductor light emitting device.
FIG. 4 is a second diagram showing the manufacturing process of the compound semiconductor light emitting device.
FIG. 5 is a third diagram showing the manufacturing process of the compound semiconductor light emitting device.
FIG. 6 is a fourth diagram showing the manufacturing process of the compound semiconductor light emitting device.
FIG. 7 is a fifth diagram showing the manufacturing process of the compound semiconductor light emitting device.
FIG. 8 is a schematic sectional view of a light emitting diode according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a growth temperature profile of a compound semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing a growth temperature profile of a compound semiconductor light emitting device according to a third example of the present invention.
FIG. 11 is a schematic sectional view of a semiconductor laser diode according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing an energy level near an active layer in FIG. 11;
FIG. 13 is a first diagram showing a temperature profile in a process of manufacturing the laser diode of FIG. 11;
FIG. 14 is a second diagram illustrating a temperature profile in a process of manufacturing the laser diode of FIG. 11;
FIG. 15 is a third diagram showing a temperature profile in a process of manufacturing the laser diode of FIG. 11;
FIG. 16 is a diagram showing a temperature profile in a manufacturing process of a conventional compound semiconductor light emitting device.
FIG. 17 is a schematic sectional view of a conventional compound semiconductor light emitting device.
[Explanation of symbols]
1 Sapphire (0001) substrate
2 GaN or AlN buffer layer
3 n-type GaN layer
4 n-type AlZGa1-ZN (0 ≦ Z ≦ 1) lower cladding layer
5 non-doped or Si-doped InYGa1-YN (0 <Y ≦ 1) active layer (or light emitting layer)
6 Thin layer p-type AlXGa1-XN (0 ≦ X ≦ 1) evaporation prevention layer
7 p-type AlZGa1-ZN (0 ≦ Z ≦ 1) upper cladding layer
8 p-type GaN cap layer
9 p-type electrode
10 n-type electrode
11 n-type GaAs substrate
12 n-type GaAs buffer layer
13 n-type AlZGa1-ZAs (0 ≦ Z ≦ 1) lower cladding layer
14 Non-doped AlXGa1-XAs (0 ≦ X ≦ 1) layer
15 Non-doped InYGa1-YAs (0 <Y ≦ 1) strained quantum well active layer
16 p-type AlXGa1-XAs (0 ≦ X ≦ 1) evaporation prevention layer
17 p-type AlZGa1-ZAs (0 ≦ Z ≦ 1) upper cladding layer
18 Insulating layer
19 p-type GaAs cap layer
20 Active layer

Claims (6)

下部クラッド層を形成する第1のステップと、
前記下部クラッド層上に、第1の温度でInを含む活性層を形成する第2のステップと、
前記活性層上に、前記第1の温度より高い第2の温度で蒸発防止層を形成する第3のステップと、
前記蒸発防止層上に、前記第2の温度より高い第3の温度で上部クラッド層を形成する第4のステップとを備えたことを特徴とする化合物半導体発光素子の製造方法。
A first step of forming a lower cladding layer;
A second step of forming an active layer containing In at a first temperature on the lower cladding layer;
A third step of forming an anti-evaporation layer on the active layer at a second temperature higher than the first temperature;
Forming a top cladding layer at a third temperature higher than the second temperature on the evaporation preventing layer.
前記活性層は化学式AlXGaYInZN(X+Y+Z=1かつ0≦X
・Y≦1,0<Z≦1)により構成される物質からなることを特徴とする、請求項1に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。
The active layer has a chemical formula of Al X Ga Y In Z N (X + Y + Z = 1 and 0 ≦ X
2. The method for manufacturing a compound semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein the method comprises a substance constituted by Y ≦ 1, 0 <Z ≦ 1).
前記蒸発防止層は、AlXGa1-XN(0≦X≦1)により構成される物質からなることを特徴とする、請求項に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。3. The method according to claim 2 , wherein the evaporation prevention layer is made of a material composed of Al x Ga 1 -xN (0 ≦ X ≦ 1). 4. 前記活性層は、InGa1- As(0<y≦1)により構成される物質からなることを特徴とする、請求項1に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。The active layer is characterized by comprising a composed material by In y Ga 1- y As (0 <y ≦ 1), the production method of a compound semiconductor light-emitting device according to claim 1. 前記蒸発防止層は、AlXGa1-XAs(0≦X≦1)により構成される物質からなることを特徴とする、請求項に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。The evaporation prevention layer is characterized by comprising a composed material by Al X Ga 1-X As ( 0 ≦ X ≦ 1), the production method of a compound semiconductor light-emitting device according to claim 4. 前記蒸発防止層は、p型のドーパントとしてMgまたはZnを用いて形成されることを特徴とする、請求項またはに記載の化合物半導体発光素子の製造方法。The evaporation prevention layer is characterized by being formed using Mg or Zn as p-type dopant, a manufacturing method of a compound semiconductor light-emitting device according to claim 3 or 5.
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