JP6200158B2 - Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、半導体積層体および半導体発光素子ならびにその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor laminate, a semiconductor light emitting element, and a method for manufacturing the same.

従来のInP系半導体材料を用いた半導体発光素子においては、p型InPからなる半導体層とp側電極との間には、InPよりもよりバンドギャップが狭い半導体材料からなるp型コンタクト層が形成される。このようなコンタクト層を構成する半導体材料としては、InGaAs、GaInAsPなどが用いられている。   In a conventional semiconductor light emitting device using an InP-based semiconductor material, a p-type contact layer made of a semiconductor material having a narrower band gap than InP is formed between the p-type InP semiconductor layer and the p-side electrode. Is done. As a semiconductor material constituting such a contact layer, InGaAs, GaInAsP, or the like is used.

しかしながら、InP層とInGaAs等のコンタクト層との接合界面では、バンドギャップの相違から、p側電極からのホールキャリアの注入の障壁となる障壁層が形成され、素子の高抵抗化の原因となる。そこで、たとえばコンタクト層を3層構造とし、バンドギャップを段階的にInP層のバンドギャップに近づけることで、素子の高抵抗化を抑制する構成が開示されている(非特許文献1参照)。   However, at the junction interface between the InP layer and the contact layer such as InGaAs, a barrier layer serving as a barrier for hole carrier injection from the p-side electrode is formed due to the difference in the band gap, which increases the resistance of the device. . Therefore, for example, a configuration is disclosed in which the contact layer has a three-layer structure, and the band gap is gradually brought close to the band gap of the InP layer to suppress the increase in resistance of the element (see Non-Patent Document 1).

S.Matsumoto et al., Electron. Lett., vol.31(1995),p.882.S. Matsumoto et al., Electron. Lett., Vol.31 (1995), p.882.

しかしながら、非特許文献1に記載の構成においても、コンタクト層とInP層との接合界面で障壁は残存する。また、コンタクト層内の各層の接合界面でも障壁は形成される。これに対して、近年の半導体素子に対する低消費電力化の要求から、かかる障壁による高抵抗化をさらに抑制することが求められている。   However, even in the configuration described in Non-Patent Document 1, a barrier remains at the junction interface between the contact layer and the InP layer. A barrier is also formed at the junction interface of each layer in the contact layer. On the other hand, it is required to further suppress the increase in resistance due to such a barrier due to the recent demand for lower power consumption of semiconductor elements.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高抵抗化がよりいっそう抑制された半導体積層体および半導体発光素子ならびにその製造方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at providing the semiconductor laminated body and the semiconductor light-emitting device in which high resistance was suppressed further, and its manufacturing method.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体積層体は、表面に電極が形成され、III―V族化合物半導体層の積層構造を有する半導体積層体であって、不純物がドーピングされた下部半導体層と、最表層に位置し、前記電極が表面に形成され、前記下部半導体層のドーピング濃度よりも高いドーピング濃度で不純物がドーピングされたコンタクト層と、前記下部半導体層と前記コンタクト層との間に形成され、不純物がドーピングされ、所定の組成元素について前記下部半導体層の組成と前記コンタクト層の組成との間で連続的に変化する組成を有する中間層と、を備え、前記中間層のドーピング濃度は前記下部半導体層のドーピング濃度以上であることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor stacked body according to the present invention is a semiconductor stacked body having an electrode formed on a surface and having a stacked structure of III-V compound semiconductor layers, A doped lower semiconductor layer, a contact layer that is located on the outermost layer, the electrode is formed on the surface, and an impurity is doped at a doping concentration higher than a doping concentration of the lower semiconductor layer, and the lower semiconductor layer, An intermediate layer formed between the contact layer, doped with impurities, and having a composition that continuously changes between the composition of the lower semiconductor layer and the composition of the contact layer for a predetermined composition element. The doping concentration of the intermediate layer is not less than the doping concentration of the lower semiconductor layer.

また、本発明に係る半導体積層体は、上記発明において、前記連続的に組成が変化する組成元素はV族元素であることを特徴とする。   The semiconductor laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the composition element whose composition changes continuously is a group V element.

また、本発明に係る半導体積層体は、上記発明において、前記中間層のドーピング濃度は、前記下部半導体層のドーピング濃度と前記コンタクト層のドーピング濃度との間で連続的に変化することを特徴とする。   The semiconductor laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the doping concentration of the intermediate layer continuously changes between the doping concentration of the lower semiconductor layer and the doping concentration of the contact layer. To do.

また、本発明に係る半導体積層体は、上記発明において、前記コンタクト層のバンドギャップは前記下部半導体層のバンドギャップよりも狭く、前記中間層のバンドギャップは、前記下部半導体層のバンドギャップと前記コンタクト層のバンドギャップとの間で連続的に変化することを特徴とする。   In the semiconductor stacked body according to the present invention, in the above invention, a band gap of the contact layer is narrower than a band gap of the lower semiconductor layer, and a band gap of the intermediate layer is equal to a band gap of the lower semiconductor layer and the band gap of the lower semiconductor layer. The band gap of the contact layer changes continuously.

また、本発明に係る半導体積層体は、上記発明において、前記連続的に組成が変化する組成元素は熱拡散による組成分布を有することを特徴とする。   The semiconductor laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the composition element whose composition changes continuously has a composition distribution by thermal diffusion.

また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明の半導体積層体を備える半導体発光素子であって、前記半導体積層体は前記下部半導体層の下方に形成された活性層を含むこと を特徴とする。   A semiconductor light emitting device according to the present invention is a semiconductor light emitting device including the semiconductor stacked body of the above invention, wherein the semiconductor stacked body includes an active layer formed below the lower semiconductor layer. .

また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明において、前記コンタクト層はInGaAsからなり、前記下部半導体層はInPからなり、前記中間層はGaInAsPからなることを特徴とする。   In the semiconductor light emitting device according to the present invention, the contact layer is made of InGaAs, the lower semiconductor layer is made of InP, and the intermediate layer is made of GaInAsP.

また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明において、前記連続的に組成が変化する組成元素はAsまたはPであることを特徴とする。   The semiconductor light emitting device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the composition element whose composition continuously changes is As or P.

また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明において、前記半導体積層体が表面に形成された基板を備えることを特徴とする。   Moreover, the semiconductor light emitting device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the semiconductor laminate is provided with a substrate formed on a surface thereof.

また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明において、前記コンタクト層は1×1018cm−3〜2×1019cm−3のドーピング濃度のZnを含み、前記下部半導体層は1×1018cm−3〜2×1018cm−3のドーピング濃度のZnを含むことを特徴とする。 In the semiconductor light emitting device according to the present invention, in the above invention, the contact layer contains Zn having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 , and the lower semiconductor layer is 1 × 10 6. It contains Zn having a doping concentration of 18 cm −3 to 2 × 10 18 cm −3 .

また、本発明に係る半導体発光素子は、上記発明において、前記活性層はV族元素としてPを含まない発光層を有することを特徴とする。   The semiconductor light emitting device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the active layer has a light emitting layer not containing P as a group V element.

また、本発明に係る半導体積層体の製造方法は、基板上に、不純物がドーピングされた下部半導体層と、最表層に位置するとともに前記下部半導体層の表面に形成され、前記下部半導体層のドーピング濃度よりも高いドーピング濃度で不純物がドーピングされたコンタクト層と、を含むIII―V族化合物半導体層の積層構造を形成する半導体積層構造形成工程と、前記半導体積層構造を熱処理し、前記下部半導体層と前記コンタクト層との少なくとも一方から、前記下部半導体層と前記コンタクト層との界面に組成元素を熱拡散させ、前記組成元素について前記下部半導体層の組成と前記コンタクト層の組成との間で連続的に変化する組成を有する中間層を、前記下部半導体層と前記コンタクト層との間に形成する熱処理工程と、を含み、前記中間層のドーピング濃度は前記下部半導体層のドーピング濃度以上であることを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor stacked body according to the present invention includes a lower semiconductor layer doped with an impurity on a substrate, an outermost layer and a surface of the lower semiconductor layer, and the lower semiconductor layer is doped. A semiconductor laminated structure forming step of forming a laminated structure of a group III-V compound semiconductor layer including a contact layer doped with an impurity at a doping concentration higher than the concentration; and heat-treating the semiconductor laminated structure to form the lower semiconductor layer The composition element is thermally diffused from at least one of the contact layer and the contact layer to the interface between the lower semiconductor layer and the contact layer, and the composition element continues between the composition of the lower semiconductor layer and the composition of the contact layer. A heat treatment step of forming an intermediate layer having a composition that changes in a manner between the lower semiconductor layer and the contact layer, The doping concentration of the serial intermediate layer may be equal to or more doping concentration of the lower semiconductor layer.

また、本発明に係る半導体積層体の製造方法は、上記発明において、前記連続的に組成が変化する組成元素はV族元素であることを特徴とする。   The method for producing a semiconductor laminate according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the composition element whose composition changes continuously is a group V element.

また、本発明に係る半導体積層体の製造方法は、上記発明において、前記中間層のドーピング濃度は、前記下部半導体層のドーピング濃度と前記コンタクト層のドーピング濃度との間で連続的に変化することを特徴とする。   Further, in the method for manufacturing a semiconductor stacked body according to the present invention, in the above invention, the doping concentration of the intermediate layer continuously changes between the doping concentration of the lower semiconductor layer and the doping concentration of the contact layer. It is characterized by.

また、本発明に係る半導体積層体の製造方法は、上記発明において、前記コンタクト層のバンドギャップは前記下部半導体層のバンドギャップよりも狭く、前記中間層のバンドギャップ濃度は、前記下部半導体層のバンドギャップ濃度と前記コンタクト層のバンドギャップとの間で連続的に変化することを特徴とする。   Further, in the method for manufacturing a semiconductor stacked body according to the present invention, in the above invention, the band gap of the contact layer is narrower than the band gap of the lower semiconductor layer, and the band gap concentration of the intermediate layer is the same as that of the lower semiconductor layer. It is characterized by continuously changing between the band gap concentration and the band gap of the contact layer.

また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明の半導体積層体の製造方法を含み、前記半導体積層構造形成工程において前記下部半導体層の下方に活性層を形成することを特徴とする。   A method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention includes the method for manufacturing a semiconductor stacked body according to the above invention, wherein an active layer is formed below the lower semiconductor layer in the semiconductor stacked structure forming step. .

また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明において、前記コンタクト層はInGaAsからなり、前記下部半導体層はInPからなり、前記中間層はGaInAsPからなることを特徴とする。   In the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, the contact layer is made of InGaAs, the lower semiconductor layer is made of InP, and the intermediate layer is made of GaInAsP.

また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明において、前記連続的に組成が変化する元素はAsまたはPであることを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the continuously changing element is As or P.

また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明において、前記コンタクト層は1×1018cm−3〜2×1019cm−3のドーピング濃度のZnを含み、前記下部半導体層は1×1018cm−3〜2×1018cm−3のドーピング濃度のZnを含むことを特徴とする。 In the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention, in the above invention, the contact layer includes Zn having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 , and the lower semiconductor layer includes It contains Zn having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 18 cm −3 .

また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明において、前記活性層はV族元素としてPを含まない発光層を有することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the active layer has a light emitting layer not containing P as a group V element.

また、本発明に係る半導体発光素子の製造方法は、上記発明において、前記熱処理工程は、600℃〜800℃の温度範囲で、60分以上行うことを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the heat treatment step is performed in a temperature range of 600 ° C. to 800 ° C. for 60 minutes or more.

本発明によれば、高抵抗化がよりいっそう抑制された半導体積層体および半導体発光素子を実現できるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that it is possible to realize a semiconductor stacked body and a semiconductor light emitting element in which the increase in resistance is further suppressed.

図1は、実施の形態に係る半導体レーザ素子の模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment. 図2は、従来の多段コンタクト層を有する半導体レーザ素子のエネルギーバンド構造を説明する図である。FIG. 2 is a diagram for explaining an energy band structure of a conventional semiconductor laser device having a multistage contact layer. 図3は、図1に示す半導体レーザ素子のエネルギーバンド構造を説明する図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the energy band structure of the semiconductor laser device shown in FIG. 図4は、図1に示す半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a method of manufacturing the semiconductor laser element shown in FIG. 図5は、図1に示す半導体レーザ素子の製造方法を説明する図である。FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing the semiconductor laser element shown in FIG. 図6は、接合界面近傍のAs組成の分布を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the distribution of As composition in the vicinity of the bonding interface. 図7は、接合界面近傍のZn濃度の分布を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a distribution of Zn concentration in the vicinity of the bonding interface. 図8は、実施例、比較例の半導体レーザ素子の注入電流と微分抵抗との関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the injection current and the differential resistance of the semiconductor laser elements of the examples and comparative examples.

以下に、図面を参照して本発明に係る半導体積層体および半導体発光素子ならびにその製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各層の厚さや厚さの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。   Embodiments of a semiconductor laminate, a semiconductor light emitting device, and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Moreover, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected suitably to the same or corresponding component. Also, it should be noted that the drawings are schematic, and the thicknesses and ratios of the layers are different from the actual ones. Moreover, the part from which the relationship and ratio of a mutual dimension differ also in between drawings is contained.

(実施の形態)
図1は、本発明の図1は、実施の形態に係る発光素子である半導体レーザ素子の模式的な断面図である。図1に示すように、この半導体レーザ素子100は、裏面にn側電極10が形成された基板20と、基板20の表面に順次形成された、半導体積層体30およびp側電極40を備えている。なお、半導体レーザ素子100は端面発光型の半導体レーザ素子であり、紙面と略平行な半導体レーザ素子100の2つの端面には、光共振器を形成する反射膜がそれぞれ形成されている。
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor laser device which is a light emitting device according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device 100 includes a substrate 20 having an n-side electrode 10 formed on the back surface, and a semiconductor laminate 30 and a p-side electrode 40 sequentially formed on the surface of the substrate 20. Yes. The semiconductor laser element 100 is an edge-emitting semiconductor laser element, and reflection films that form optical resonators are respectively formed on two end faces of the semiconductor laser element 100 substantially parallel to the paper surface.

基板20は、n型InPからなる。n側電極10は基板20とオーミック接触するように構成されており、たとえばAuGeNi/Au構造を有する。   The substrate 20 is made of n-type InP. The n-side electrode 10 is configured to be in ohmic contact with the substrate 20 and has, for example, an AuGeNi / Au structure.

半導体積層体30は、機能半導体層31、クラッド層32、下部半導体層としての高ドーパント濃度クラッド層33、中間層34、およびコンタクト層35が順次積層して半導体積層構造を形成したものである。これらの半導体層はIII−V族化合物半導体材料からなる。   The semiconductor stacked body 30 is a semiconductor stacked structure in which a functional semiconductor layer 31, a cladding layer 32, a high dopant concentration cladding layer 33 as a lower semiconductor layer, an intermediate layer 34, and a contact layer 35 are sequentially stacked. These semiconductor layers are made of a III-V group compound semiconductor material.

機能半導体層31は、下部クラッド層31a、活性層31b、上部クラッド層31c、および埋め込み半導体層31d、31eを備える。下部クラッド層31a、活性層31bおよび上部クラッド層31cはこの順に積層し、かつメサ構造を形成している。埋め込み半導体層31d、31eはメサ構造の両側を埋め込んでいる。   The functional semiconductor layer 31 includes a lower clad layer 31a, an active layer 31b, an upper clad layer 31c, and buried semiconductor layers 31d and 31e. The lower clad layer 31a, the active layer 31b, and the upper clad layer 31c are laminated in this order and form a mesa structure. The embedded semiconductor layers 31d and 31e are embedded on both sides of the mesa structure.

下部クラッド層31a、上部クラッド層31cは、それぞれn型InP、p型InPからなる。活性層31bは、GaInAsPやAlGaInAsなどの、たとえば1550nm波長帯の所望の波長で発光できる組成のIII−V族化合物半導体材料からなる。また、活性層31bは、複数の障壁層と複数の井戸層(発光層)とからなる多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Well)構造のMQW層と、MQW層を挟むように配置された分離閉じ込めヘテロ構造(SCH:Separate Confinement Heterostructure)層とからなるMQW−SCH構造を有する。ただし、活性層31bの構造は上記に限定されず、SHC構造が無くてもよいし、さらにはバルク構造でもよい。埋め込み半導体層31d、31eは、それぞれp型InP、n型InPからなり、電流狭窄層として機能する。   The lower cladding layer 31a and the upper cladding layer 31c are made of n-type InP and p-type InP, respectively. The active layer 31b is made of a III-V group compound semiconductor material such as GaInAsP or AlGaInAs that can emit light at a desired wavelength in the 1550 nm wavelength band, for example. The active layer 31b includes an MQW layer having a multiple quantum well (MQW) structure composed of a plurality of barrier layers and a plurality of well layers (light emitting layers), and a separate confinement arranged so as to sandwich the MQW layer. It has an MQW-SCH structure consisting of a heterostructure (SCH: Separate Confinement Heterostructure) layer. However, the structure of the active layer 31b is not limited to the above, and there may be no SHC structure, or a bulk structure. The embedded semiconductor layers 31d and 31e are made of p-type InP and n-type InP, respectively, and function as current confinement layers.

クラッド層32はp型InPからなる。高ドーパント濃度クラッド層33は、p型ドーパントを高濃度にドーピングしたp型InPからなる。高ドーパント濃度クラッド層33はたとえば1×1018cm−3〜2×1018cm−3のドーピング濃度のZnを含む。高ドーパント濃度クラッド層33の層厚は10nm以上が好ましく、たとえば50nmである。 The clad layer 32 is made of p-type InP. The high dopant concentration cladding layer 33 is made of p-type InP doped with a high concentration of a p-type dopant. The high dopant concentration cladding layer 33 contains Zn having a doping concentration of, for example, 1 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 18 cm −3 . The layer thickness of the high dopant concentration cladding layer 33 is preferably 10 nm or more, for example, 50 nm.

コンタクト層35は半導体積層体30の最表層に位置し、p型ドーパントを高濃度にドーピングしたp型InGaAsからなる。したがって、コンタクト層35のバンドギャップは高ドーパント濃度クラッド層33のバンドギャップよりも狭い。コンタクト層35はたとえば1×1018cm−3〜2×1019cm−3のドーピング濃度のZnを含む。さらに、コンタクト層35は高ドーパント濃度クラッド層33よりも高いドーピング濃度でZnを含む。コンタクト層35の層厚は10nm以上が好ましく、たとえば400nm〜500nmである。 The contact layer 35 is located on the outermost layer of the semiconductor stacked body 30 and is made of p-type InGaAs doped with a p-type dopant at a high concentration. Therefore, the band gap of the contact layer 35 is narrower than the band gap of the high dopant concentration cladding layer 33. The contact layer 35 contains Zn having a doping concentration of, for example, 1 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 . Further, the contact layer 35 contains Zn at a higher doping concentration than the high dopant concentration cladding layer 33. The layer thickness of the contact layer 35 is preferably 10 nm or more, for example, 400 nm to 500 nm.

p側電極40はコンタクト層35の表面に、コンタクト層35とオーミック接触するように形成されており、たとえばTi/Pt/Au構造やAuからなる。   The p-side electrode 40 is formed on the surface of the contact layer 35 so as to be in ohmic contact with the contact layer 35, and is made of, for example, a Ti / Pt / Au structure or Au.

中間層34は、p型GaInAsPからなる。中間層34は高ドーパント濃度クラッド層33よりも高いドーピング濃度、かつコンタクト層35よりも低いドーピング濃度のZnを含む。   The intermediate layer 34 is made of p-type GaInAsP. The intermediate layer 34 includes Zn having a doping concentration higher than that of the high dopant concentration cladding layer 33 and lower than that of the contact layer 35.

ここで、中間層34は、所定の組成元素について、高ドーパント濃度クラッド層33の組成とコンタクト層35の組成との間で連続的に変化する組成を有する。具体的には、中間層34のV族組成元素であるAs組成は、高ドーパント濃度クラッド層33のAs組成(組成比:0)とコンタクト層35のAs組成(組成比:1)との間で連続的に変化している。同様に、中間層34のV族組成元素であるP組成は、高ドーパント濃度クラッド層33のP組成(組成比:1)とコンタクト層35のP組成(組成比:0)との間で連続的に変化している。これによって、中間層34のバンドギャップは、高ドーパント濃度クラッド層33のバンドギャップとコンタクト層35のバンドギャップとの間で連続的に変化する。   Here, the intermediate layer 34 has a composition that continuously changes between the composition of the high dopant concentration cladding layer 33 and the composition of the contact layer 35 with respect to a predetermined composition element. Specifically, the As composition which is a group V composition element of the intermediate layer 34 is between the As composition (composition ratio: 0) of the high dopant concentration cladding layer 33 and the As composition (composition ratio: 1) of the contact layer 35. It is changing continuously. Similarly, the P composition which is a group V composition element of the intermediate layer 34 is continuous between the P composition (composition ratio: 1) of the high dopant concentration cladding layer 33 and the P composition (composition ratio: 0) of the contact layer 35. Is changing. As a result, the band gap of the intermediate layer 34 continuously changes between the band gap of the high dopant concentration cladding layer 33 and the band gap of the contact layer 35.

つぎに、半導体レーザ素子100の動作について説明する。n側電極10とp側電極40との間に電圧を印加して、駆動電流を注入すると、p側電極40側からはキャリアとしてホールが注入され、n側電極10側からはキャリアとして電子が注入される。ホールは、コンタクト層35、中間層34、高ドーパント濃度クラッド層33、クラッド層32を経由して、埋め込み半導体層31d、31eによって電流経路が狭窄されて上部クラッド層31cを流れ、高ドーパント濃度クラッド層33の下方に形成された活性層31bに注入される。活性層31bに注入された各キャリアは結合して発光し、発光は活性層31bの光増幅作用と光共振器の作用とによって所定の波長でレーザ発振する。   Next, the operation of the semiconductor laser element 100 will be described. When a voltage is applied between the n-side electrode 10 and the p-side electrode 40 to inject a driving current, holes are injected as carriers from the p-side electrode 40 side, and electrons as carriers are injected from the n-side electrode 10 side. Injected. The holes flow through the upper cladding layer 31c through the contact layer 35, the intermediate layer 34, the high dopant concentration cladding layer 33, and the cladding layer 32, with the current path narrowed by the embedded semiconductor layers 31d and 31e, and the high dopant concentration cladding. Implanted into the active layer 31 b formed below the layer 33. Each carrier injected into the active layer 31b is combined to emit light, and the light emission is laser-oscillated at a predetermined wavelength by the optical amplification action of the active layer 31b and the action of the optical resonator.

ここで、図2は、従来の多段コンタクト層を有する半導体レーザ素子のエネルギーバンド構造を説明する図である。Evは価電子帯の上端、Ecは伝導帯の下端のレベルを示している。コンタクト層1350は、クラッド層1330に向かって第1コンタクト層1351、第2コンタクト層1352、および第3コンタクト層1353が順次積層して構成されている。   Here, FIG. 2 is a diagram for explaining the energy band structure of a semiconductor laser device having a conventional multi-stage contact layer. Ev represents the upper end of the valence band, and Ec represents the lower end of the conduction band. The contact layer 1350 is configured by sequentially laminating a first contact layer 1351, a second contact layer 1352, and a third contact layer 1353 toward the cladding layer 1330.

図2に示すように、Evにおいて、第1コンタクト層1351、第2コンタクト層1352、第3コンタクト層1353、およびクラッド層1330の接合界面でスパイク状のエネルギー障壁Bが形成され、これがホールに対して障壁となり、素子の高抵抗化の原因となる。   As shown in FIG. 2, in Ev, a spike-like energy barrier B is formed at the junction interface of the first contact layer 1351, the second contact layer 1352, the third contact layer 1353, and the clad layer 1330, which is against the holes. It becomes a barrier and causes high resistance of the element.

これに対して、図3は、図1に示す半導体レーザ素子100のエネルギーバンド構造を説明する図である。半導体レーザ素子100では、中間層34が、高ドーパント濃度クラッド層33の組成とコンタクト層35の組成との間で連続的に変化する組成を有するので、中間層34のバンドギャップも、高ドーパント濃度クラッド層33のバンドギャップとコンタクト層35のバンドギャップとの間で連続的に変化する。その結果、図3に示すように、Evにおいて、コンタクト層35、中間層34および高ドーパント濃度クラッド層33の接合界面でエネルギー障壁は形成されず、素子の高抵抗化がよりいっそう抑制ないし防止される。   On the other hand, FIG. 3 is a diagram for explaining the energy band structure of the semiconductor laser device 100 shown in FIG. In the semiconductor laser device 100, since the intermediate layer 34 has a composition that continuously changes between the composition of the high dopant concentration cladding layer 33 and the composition of the contact layer 35, the band gap of the intermediate layer 34 also has a high dopant concentration. It changes continuously between the band gap of the cladding layer 33 and the band gap of the contact layer 35. As a result, as shown in FIG. 3, in Ev, an energy barrier is not formed at the junction interface of the contact layer 35, the intermediate layer 34, and the high dopant concentration cladding layer 33, and the increase in resistance of the device is further suppressed or prevented. The

つぎに、図1に示す実施の形態に係る半導体レーザ素子100の製造方法の一例について説明する。図4、図5は、半導体レーザ素子100の製造方法を説明する図である。   Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor laser device 100 according to the embodiment shown in FIG. 1 will be described. 4 and 5 are diagrams for explaining a method of manufacturing the semiconductor laser device 100. FIG.

はじめに、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)結晶成長装置等の結晶成長装置を用い、基板20上に、下部クラッド層31a、活性層31b、上部クラッド層31cを結晶成長し、フォトリソグラフィ技術とエッチングとでメサ構造を形成し、さらに埋め込み半導体層31d、31eを再成長してメサ構造を埋め込む。これによって、機能半導体層31の構造を形成する。さらに、機能半導体層31上にクラッド層32、高ドーパント濃度クラッド層33A、コンタクト層35A、およびInPからなるキャップ層60を形成し、半導体積層構造を形成する(図4参照)。接合界面Iは高ドーパント濃度クラッド層33Aとコンタクト層35Aとの接合界面である。   First, using a crystal growth apparatus such as a MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) crystal growth apparatus, the lower clad layer 31a, the active layer 31b, and the upper clad layer 31c are crystal-grown on the substrate 20, and photolithography and etching are performed. Then, the mesa structure is formed, and the embedded semiconductor layers 31d and 31e are regrown to embed the mesa structure. Thereby, the structure of the functional semiconductor layer 31 is formed. Further, a clad layer 32, a high dopant concentration clad layer 33A, a contact layer 35A, and a cap layer 60 made of InP are formed on the functional semiconductor layer 31 to form a semiconductor multilayer structure (see FIG. 4). The junction interface I is a junction interface between the high dopant concentration cladding layer 33A and the contact layer 35A.

つぎに、形成した半導体積層構造を熱処理する。熱処理は、たとえばPH雰囲気下、600℃〜800℃で60分以上行うことが好ましい。すると、高ドーパント濃度クラッド層33Aとコンタクト層35Aとの接合界面でV族の組成元素であるPおよびAsが熱拡散し、高ドーパント濃度クラッド層33Aの一部とコンタクト層35Aの一部とから中間層34が形成される。図5は中間層34が形成された状態である。中間層34は高ドーパント濃度クラッド層33Aとコンタクト層35Aとの接合界面Iを含むように形成される。中間層34が形成された後、高ドーパント濃度クラッド層33Aとコンタクト層35Aとはそれぞれ高ドーパント濃度クラッド層33とコンタクト層35とになる。 Next, the formed semiconductor multilayer structure is heat-treated. The heat treatment is preferably performed, for example, at 600 ° C. to 800 ° C. for 60 minutes or more in a PH 3 atmosphere. Then, P and As, which are Group V composition elements, are thermally diffused at the junction interface between the high dopant concentration clad layer 33A and the contact layer 35A, and from part of the high dopant concentration clad layer 33A and part of the contact layer 35A. An intermediate layer 34 is formed. FIG. 5 shows a state in which the intermediate layer 34 is formed. The intermediate layer 34 is formed so as to include the junction interface I between the high dopant concentration cladding layer 33A and the contact layer 35A. After the intermediate layer 34 is formed, the high dopant concentration cladding layer 33A and the contact layer 35A become the high dopant concentration cladding layer 33 and the contact layer 35, respectively.

図6は、接合界面近傍のAs組成の分布を示す図である。横軸は層厚方向での接合界面Iからの距離を示し、縦軸はその距離でのAs組成を示す。図6に示すように、熱処理による拡散前では、接合界面Iを挟んで高ドーパント濃度クラッド層33AではAs組成は0であり、コンタクト層35AではAs組成は1である。一方、熱処理による拡散後には、高ドーパント濃度クラッド層33のAs組成(組成比:0)とコンタクト層35のAs組成(組成比:1)との間で連続的に変化するAs組成を有する中間層34が形成される。中間層34において、Asは熱拡散による組成分布を有することになる。なお、Pについても熱処理により熱拡散し、高ドーパント濃度クラッド層33のP組成(組成比:1)とコンタクト層35のP組成(組成比:0)との間で連続的に変化する組成の分布となる。具体的には、中間層34のGaInAsPにおいては、As組成とP組成との和が1となるようなP組成となる。また、図6の場合は、中間層34の層厚は約4nmであるが、中間層34の層厚は熱処理条件によって調整でき、たとえば熱処理時間を長くすると層厚は厚くなる。中間層34の層厚はたとえば4nm〜10nmである。   FIG. 6 is a diagram showing the distribution of As composition in the vicinity of the bonding interface. The horizontal axis indicates the distance from the bonding interface I in the layer thickness direction, and the vertical axis indicates the As composition at that distance. As shown in FIG. 6, before diffusion by heat treatment, the As composition is 0 in the high dopant concentration cladding layer 33A across the junction interface I, and the As composition is 1 in the contact layer 35A. On the other hand, after diffusion by heat treatment, an intermediate having an As composition that continuously changes between the As composition of the high dopant concentration cladding layer 33 (composition ratio: 0) and the As composition of the contact layer 35 (composition ratio: 1). Layer 34 is formed. In the intermediate layer 34, As has a composition distribution due to thermal diffusion. P is also thermally diffused by heat treatment and has a composition that continuously changes between the P composition of the high dopant concentration cladding layer 33 (composition ratio: 1) and the P composition of the contact layer 35 (composition ratio: 0). Distribution. Specifically, the GaInAsP of the intermediate layer 34 has a P composition such that the sum of the As composition and the P composition is 1. In the case of FIG. 6, the layer thickness of the intermediate layer 34 is about 4 nm, but the layer thickness of the intermediate layer 34 can be adjusted according to the heat treatment conditions. The layer thickness of the intermediate layer 34 is, for example, 4 nm to 10 nm.

一方、図7は、接合界面近傍のZn濃度の分布を示す図である。横軸は層厚方向での接合界面Iからの距離を示し、縦軸はその距離でのZn濃度を示す。図7に示すように、熱処理によるAsまたはPの拡散前では、接合界面Iを挟んで高ドーパント濃度クラッド層33Aとコンタクト層35AとでZn濃度に不連続な差がある。一方、熱処理による拡散後に形成される中間層34では、Znが高ドーパント濃度クラッド層33およびコンタクト層35の一方または両方から拡散する。その結果、中間層34は、高ドーパント濃度クラッド層33のZn濃度とコンタクト層35のZn濃度との間で連続的に変化するZn濃度を有することになる。   On the other hand, FIG. 7 is a diagram showing a distribution of Zn concentration in the vicinity of the bonding interface. The horizontal axis indicates the distance from the bonding interface I in the layer thickness direction, and the vertical axis indicates the Zn concentration at that distance. As shown in FIG. 7, before the diffusion of As or P by heat treatment, there is a discontinuous difference in Zn concentration between the high dopant concentration cladding layer 33A and the contact layer 35A across the junction interface I. On the other hand, in the intermediate layer 34 formed after diffusion by heat treatment, Zn diffuses from one or both of the high dopant concentration cladding layer 33 and the contact layer 35. As a result, the intermediate layer 34 has a Zn concentration that continuously changes between the Zn concentration of the high dopant concentration cladding layer 33 and the Zn concentration of the contact layer 35.

その後、キャップ層60を除去し、反射膜の形成や素子分離などの必要な工程を行って、半導体レーザ素子100が完成する。   Thereafter, the cap layer 60 is removed, and necessary processes such as formation of a reflective film and element isolation are performed to complete the semiconductor laser element 100.

従来の多段コンタクト層を用いた構成では、各層のバンドギャップエネルギーの差を適正に調整するためのGaInAsPの成長条件を見出すのが困難であるが、上記の製造方法では、そのような成長条件を考慮する必要がないので、より簡易かついっそう効果的に高抵抗化を抑制できる。   In the configuration using the conventional multi-stage contact layer, it is difficult to find the growth conditions of GaInAsP for appropriately adjusting the difference in the band gap energy of each layer. Since there is no need to consider, it is possible to suppress the increase in resistance more easily and more effectively.

なお、上記製造方法の組成元素を拡散させる熱処理においてPが熱拡散する。ここで、活性層31bの発光層である井戸層の材料として、GaInAsP等のPを含む半導体材料を用いると、熱処理によってPが拡散して発光波長が短波長化する場合がある。これに対して、井戸層の材料として、AlGaInAs等のPを含まない半導体材料を用いると、熱処理によるPの拡散が発生しないため、発光波長の短波長化が防止されるので好ましい。   Note that P is thermally diffused in the heat treatment for diffusing the composition element in the above manufacturing method. Here, when a semiconductor material containing P, such as GaInAsP, is used as the material of the well layer that is the light emitting layer of the active layer 31b, P may diffuse due to heat treatment and the emission wavelength may be shortened. On the other hand, it is preferable to use a semiconductor material that does not contain P, such as AlGaInAs, as the material of the well layer, because P diffusion does not occur due to heat treatment, and thus shortening of the emission wavelength is prevented.

つぎに、上記の製造方法にて製造した実施例の半導体レーザ素子と、上記の製造方法において組成元素を拡散させる熱処理を行わずに製造した比較例の半導体レーザ素子とについて、微分抵抗特性を調べた。   Next, the differential resistance characteristics of the semiconductor laser device of the example manufactured by the above manufacturing method and the semiconductor laser device of the comparative example manufactured without performing the heat treatment for diffusing the composition element in the above manufacturing method were examined. It was.

図8は、実施例、比較例の半導体レーザ素子の注入電流と微分抵抗との関係を示す図である。図8に示すように、比較例の半導体レーザ素子では、しきい値電流である約20mAより上の注入電流の領域で、微分抵抗値が注入電流に対してすぐに一定にならずゆるやかに減少する領域があった。この現象はコンタクト層と高ドーパント濃度クラッド層との接合界面でのホールの障壁によるものと考えられる。一方、実施例の半導体レーザ素子では、約20mAより上の注入電流の領域で、微分抵抗値がすぐに一定になった。この現象はホールの障壁の影響が解消されたことによるものと考えられる。   FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the injection current and the differential resistance of the semiconductor laser elements of the examples and comparative examples. As shown in FIG. 8, in the semiconductor laser device of the comparative example, the differential resistance value does not become constant immediately with respect to the injection current but gradually decreases in the region of the injection current above the threshold current of about 20 mA. There was an area to do. This phenomenon is considered to be due to a hole barrier at the junction interface between the contact layer and the high dopant concentration cladding layer. On the other hand, in the semiconductor laser device of the example, the differential resistance value immediately became constant in the region of the injection current above about 20 mA. This phenomenon is thought to be due to the elimination of the influence of the hole barrier.

なお、上記実施の形態に係る半導体レーザ素子は、レーザ発振波長が波長1550nm帯になるようにその化合物半導体や電極等の材料、サイズ、設計パラメータ等が設定されている。しかしながら、各材料やサイズ等は、たとえば光通信波長帯域内の所望の波長のレーザ光を発振させるよう適宜設定することができ、特に限定はされない。   In the semiconductor laser device according to the above embodiment, the material, size, design parameters, etc. of the compound semiconductor and electrodes are set so that the laser oscillation wavelength is in the wavelength 1550 nm band. However, each material, size, and the like can be appropriately set to oscillate laser light having a desired wavelength within the optical communication wavelength band, and are not particularly limited.

また、上記実施の形態では、中間層において連続的に組成が変化する組成元素はV族元素であるが、III族元素でもよい。また、上記実施の形態では、下部半導体層、コンタクト層、および中間層にドーピングされるドーパントはZnであるが、他のp型ドーパントでもよい。   In the above embodiment, the composition element whose composition continuously changes in the intermediate layer is a group V element, but may be a group III element. In the above embodiment, the dopant doped in the lower semiconductor layer, the contact layer, and the intermediate layer is Zn, but other p-type dopants may be used.

また、上記製造方法では、中間層を熱拡散によって形成しているが、中間層を結晶成長によって形成してもよい。この場合、たとえば、結晶成長の際に、対象となる組成元素を含む結晶材料の供給量を連続的に変化させることによって、組成が連続して変化する中間層を形成できる。   In the above manufacturing method, the intermediate layer is formed by thermal diffusion, but the intermediate layer may be formed by crystal growth. In this case, for example, an intermediate layer whose composition changes continuously can be formed by continuously changing the supply amount of the crystal material containing the target composition element during crystal growth.

また、本発明は、端面発光型の半導体レーザ素子に限らず、発光ダイオード素子や面発光レーザ素子などの他の半導体発光素子にも適用できる。また、本発明に係る半導体積層体は、半導体発光素子に限らず、他の半導体素子にも適用できる。   The present invention is not limited to the edge emitting semiconductor laser element, but can be applied to other semiconductor light emitting elements such as a light emitting diode element and a surface emitting laser element. Moreover, the semiconductor laminated body according to the present invention is not limited to a semiconductor light emitting element, but can be applied to other semiconductor elements.

また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。   Further, the present invention is not limited by the above embodiment. What was comprised combining each component mentioned above suitably is also contained in this invention. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.

10 n側電極
20 基板
30 半導体積層体
31 機能半導体層
31a 下部クラッド層
31b 活性層
31c 上部クラッド層
31d、31e 埋め込み半導体層
32 クラッド層
33、33A 高ドーパント濃度クラッド層
34 中間層
35、35A コンタクト層
40 p側電極
60 キャップ層
100 半導体レーザ素子
B エネルギー障壁
I 接合界面
10 n-side electrode 20 substrate 30 semiconductor laminate 31 functional semiconductor layer 31a lower cladding layer 31b active layer 31c upper cladding layer 31d, 31e buried semiconductor layer 32 cladding layer 33, 33A high dopant concentration cladding layer 34 intermediate layer 35, 35A contact layer 40 p-side electrode 60 cap layer 100 semiconductor laser element B energy barrier I junction interface

Claims (17)

表面に電極が形成され、III−V族化合物半導体層の積層構造を有する半導体積層体を備える半導体発光素子であって、前記半導体積層体は、
不純物がドーピングされた下部半導体層と、
最表層に位置し、前記電極が表面に形成され、前記下部半導体層のドーピング濃度よりも高いドーピング濃度で不純物がドーピングされたコンタクト層と、
前記下部半導体層と前記コンタクト層との間に形成され、不純物がドーピングされ、所定の組成元素について前記下部半導体層の組成と前記コンタクト層の組成との間で連続的に変化する組成を有し、かつ前記不純物について前記下部半導体層の濃度と前記コンタクト層の濃度との間で連続的に変化する濃度を有する中間層と、
前記下部半導体層の下方に形成された活性層と、
を備え、
前記コンタクト層はInGaAsからなり、前記下部半導体層はInPからなり、前記中間層はGaInAsPからなり、
前記活性層はV族元素としてPを含まない発光層を有し、前記発光層は、熱処理により拡散するPを含まないことで発光波長の短波長化が抑制されたAlGaInAsからなり、
前記中間層は、前記下部半導体層と前記コンタクト層との少なくとも一方から、前記下部半導体層と前記コンタクト層との界面に組成元素および不純物が熱拡散しているものであり、前記下部半導体層の厚さは組成元素が熱拡散する厚さよりも厚く、前記下部半導体層は、前記中間層の下部に、熱拡散前の前記下部半導体層のうち前記組成元素が熱拡散されない下部半導体層が残ったものであり、前記中間層のドーピング濃度は前記下部半導体層のドーピング濃度以上であることを特徴とする半導体発光素子
A semiconductor light emitting device comprising a semiconductor laminate having an electrode formed on the surface and having a laminated structure of III-V compound semiconductor layers, wherein the semiconductor laminate is
A lower semiconductor layer doped with impurities; and
A contact layer located on the outermost layer, wherein the electrode is formed on the surface and doped with impurities at a doping concentration higher than the doping concentration of the lower semiconductor layer;
A composition formed between the lower semiconductor layer and the contact layer, doped with impurities, and having a composition that continuously changes between the composition of the lower semiconductor layer and the composition of the contact layer for a predetermined composition element. And an intermediate layer having a concentration that continuously varies between the concentration of the lower semiconductor layer and the concentration of the contact layer for the impurities,
An active layer formed below the lower semiconductor layer;
With
The contact layer is made of InGaAs, the lower semiconductor layer is made of InP, the intermediate layer is made of GaInAsP,
The active layer has a light-emitting layer that does not contain P as a group V element, and the light-emitting layer is made of AlGaInAs in which emission wavelength is prevented from being shortened by not containing P diffused by heat treatment,
The intermediate layer has a composition element and an impurity thermally diffused from at least one of the lower semiconductor layer and the contact layer to an interface between the lower semiconductor layer and the contact layer. The lower semiconductor layer has a lower semiconductor layer that is not thermally diffused among the lower semiconductor layers before thermal diffusion in the lower semiconductor layer. A semiconductor light emitting device , wherein a doping concentration of the intermediate layer is equal to or higher than a doping concentration of the lower semiconductor layer.
前記連続的に組成が変化する組成元素はV族元素であることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the composition element whose composition changes continuously is a group V element . 前記中間層のドーピング濃度は、前記下部半導体層のドーピング濃度と前記コンタクト層のドーピング濃度との間で連続的に変化することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体発光素子3. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein a doping concentration of the intermediate layer continuously changes between a doping concentration of the lower semiconductor layer and a doping concentration of the contact layer. 前記コンタクト層のバンドギャップは前記下部半導体層のバンドギャップよりも狭く、前記中間層のバンドギャップは、前記下部半導体層のバンドギャップと前記コンタクト層のバンドギャップとの間で連続的に変化することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体発光素子The band gap of the contact layer is narrower than the band gap of the lower semiconductor layer, and the band gap of the intermediate layer continuously changes between the band gap of the lower semiconductor layer and the band gap of the contact layer. The semiconductor light-emitting device according to claim 1, wherein 前記連続的に組成が変化する組成元素は熱拡散による組成分布を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体発光素子The semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the composition element whose composition changes continuously has a composition distribution by thermal diffusion. 前記下部半導体層の下方に形成された活性層の発光層は1550nm波長帯の波長で発光することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体発光素子。 6. The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the light emitting layer of the active layer formed below the lower semiconductor layer emits light at a wavelength of 1550 nm wavelength band . 前記連続的に組成が変化する組成元素はAsまたはPであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の半導体発光素子。 The semiconductor light-emitting element according to claim 1, wherein the composition element whose composition changes continuously is As or P. 前記半導体積層体が表面に形成された基板を備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体発光素子。 The semiconductor light-emitting element according to claim 1, further comprising a substrate having a surface on which the semiconductor laminate is formed. 前記コンタクト層は1×1018cm−3〜2×1019cm−3のドーピング濃度のZnを含み、前記下部半導体層は1×1018cm−3〜2×1018cm−3のドーピング濃度のZnを含むことを特徴とする請求項のいずれか一つに記載の半導体発光素子。 The contact layer includes Zn having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 , and the lower semiconductor layer has a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 18 cm −3 . the semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises a Zn. 基板上に、不純物がドーピングされた下部半導体層と、最表層に位置するとともに前記下部半導体層の表面に形成され、前記下部半導体層のドーピング濃度よりも高いドーピング濃度で不純物がドーピングされたコンタクト層と、を含むIII−V族化合物半導体層の積層構造を形成する半導体積層構造形成工程と、
前記半導体積層構造を熱処理し、前記下部半導体層と前記コンタクト層との少なくとも一方から、前記下部半導体層と前記コンタクト層との界面に組成元素および不純物を熱拡散させ、前記組成元素について前記下部半導体層の組成と前記コンタクト層の組成との間で連続的に変化する組成を有し、かつ前記不純物について前記下部半導体層の濃度と前記コンタクト層の濃度との間で連続的に変化する濃度を有する中間層を、前記下部半導体層と前記コンタクト層との間に形成する熱処理工程と、
を含み、
前記半導体積層構造形成工程において前記下部半導体層の下方に活性層を形成し、
前記半導体積層構造形成工程において、前記下部半導体層を、その厚さが組成元素が熱拡散する厚さよりも厚くなるように形成し、前記熱処理工程において、前記中間層の下部に、前記組成元素が熱拡散されない前記下部半導体層が残るように熱処理を行い、
前記中間層のドーピング濃度は前記下部半導体層のドーピング濃度以上であり、
前記活性層はV族元素としてPを含まない発光層を有し、前記発光層は、熱処理により拡散するPを含まないことで発光波長の短波長化が抑制されたAlGaInAsからなり、
前記コンタクト層はInGaAsからなり、前記下部半導体層はInPからなり、前記中間層はGaInAsPからなることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
A lower semiconductor layer doped with an impurity on a substrate, and a contact layer located on the surface of the lower semiconductor layer and positioned on the surface of the lower semiconductor layer and doped with an impurity at a doping concentration higher than the doping concentration of the lower semiconductor layer And a semiconductor laminated structure forming step of forming a laminated structure of III-V group compound semiconductor layers,
The semiconductor multilayer structure is heat-treated, and a composition element and an impurity are thermally diffused from at least one of the lower semiconductor layer and the contact layer to an interface between the lower semiconductor layer and the contact layer, and the lower semiconductor Having a composition that continuously changes between the composition of the layer and the composition of the contact layer, and the concentration of the impurity that changes continuously between the concentration of the lower semiconductor layer and the concentration of the contact layer. A heat treatment step of forming an intermediate layer between the lower semiconductor layer and the contact layer;
Including
Forming an active layer below the lower semiconductor layer in the semiconductor multilayer structure forming step;
In the semiconductor multilayer structure forming step, the lower semiconductor layer is formed so that the thickness thereof is larger than the thickness at which the composition element is thermally diffused, and in the heat treatment step, the composition element is formed below the intermediate layer. Heat treatment is performed so that the lower semiconductor layer that is not thermally diffused remains,
Doping concentration of the intermediate layer is Ri der doping concentration than the lower semiconductor layer,
The active layer has a light-emitting layer that does not contain P as a group V element, and the light-emitting layer is made of AlGaInAs in which emission wavelength is prevented from being shortened by not containing P diffused by heat treatment,
The contact layer is made of InGaAs, the lower semiconductor layer is made of InP, the intermediate layer is a method of manufacturing a semiconductor light emitting element characterized GaInAsP Tona Rukoto.
前記連続的に組成が変化する組成元素はV族元素であることを特徴とする請求項10に記載の半導体発光素子の製造方法。 11. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 10 , wherein the composition element whose composition changes continuously is a group V element. 前記中間層のドーピング濃度は、前記下部半導体層のドーピング濃度と前記コンタクト層のドーピング濃度との間で連続的に変化することを特徴とする請求項10または11に記載の半導体発光素子の製造方法。 Doping concentration of the intermediate layer, a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 10 or 11, characterized in that continuously changes between the doping concentration of the doping concentration and the contact layer of the lower semiconductor layer . 前記コンタクト層のバンドギャップは前記下部半導体層のバンドギャップよりも狭く、前記中間層のバンドギャップ濃度は、前記下部半導体層のバンドギャップ濃度と前記コンタクト層のバンドギャップとの間で連続的に変化することを特徴とする請求項1012のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。 The band gap of the contact layer is narrower than the band gap of the lower semiconductor layer, and the band gap concentration of the intermediate layer continuously changes between the band gap concentration of the lower semiconductor layer and the band gap of the contact layer. the method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of claims 10 to 12, characterized in that. 記半導体積層構造形成工程において1550nm波長帯の波長で発光する前記発光層を有する前記活性層を形成することを特徴とする請求項10〜13のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。 Manufacturing the semiconductor light emitting element according to any one of claims 10 to 13, characterized in that to form the active layer having the light emitting layer emitting before Symbol semiconductor laminated structure formation step at a wavelength of 1550nm wavelength band Method. 前記連続的に組成が変化する元素はAsまたはPであることを特徴とする請求項10〜14のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。 15. The method of manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 10, wherein the element whose composition changes continuously is As or P. 前記コンタクト層は1×1018cm−3〜2×1019cm−3のドーピング濃度のZnを含み、前記下部半導体層は1×1018cm−3〜2×1018cm−3のドーピング濃度のZnを含むことを特徴とする請求項10〜15のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。 The contact layer includes Zn having a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 , and the lower semiconductor layer has a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 to 2 × 10 18 cm −3 . The method for manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 10 , wherein Zn is contained. 前記熱処理工程は、600℃〜800℃の温度範囲で、60分以上行うことを特徴とする請求項1016のいずれか一つに記載の半導体発光素子の製造方法。 The heat treatment process, 600 ° C. in a temperature range of to 800 ° C., a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of claims 10 to 16, characterized in that 60 minutes or more.
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