JPH02262388A - Manufacture of semiconductor light-emitting device - Google Patents

Manufacture of semiconductor light-emitting device

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JPH02262388A
JPH02262388A JP8355589A JP8355589A JPH02262388A JP H02262388 A JPH02262388 A JP H02262388A JP 8355589 A JP8355589 A JP 8355589A JP 8355589 A JP8355589 A JP 8355589A JP H02262388 A JPH02262388 A JP H02262388A
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layer
type
type gaas
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heterojunction structure
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粒来 保彦
Yukie Nishikawa
幸江 西川
Masayuki Ishikawa
正行 石川
Yoshihiro Kokubu
国分 義弘
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Abstract

PURPOSE:To enhance a carrier concentration in a p-type clad layer by a method wherein a mesa stripe is formed at a double heterojunction structure part on an n-type GaAs substrate, then, N-type GaAs current stopping layers are respectively grown under the side parts of the mesa stripe. CONSTITUTION:An n-type In0.5(Ga0.3Al0.5)0.5P clad layer 12, an undoped In0.5Ga0.5P active layer 13, a p-type In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5P clad layer 14, a P-type In0.5Ga0.5P contact layer 15 and an n-type GaAs cap layer 16 are continuously grown on an n-type GaAs substrate 11. Then, the layer 16 is removed using an (H2SO4+H2 O2+H2O) etching liquid. subsequently, an SiO2 film 17 is formed. The layer 15 is removed using a (Br2+HBr+H2O) etching liquid using the film 17 as a mask and moreover, the layer 14 is etched with a hot phospheric acid to a desired depth to form a mesa stripe. N-type GaAs blocking layers 18 which each act as a current stopping layer are selectively grown under the side parts of the mesa stripe using the film 17 as a mask. After the film 17 is removed, a P-type GaAs ohmic layer 19 is grown. Thereby, a rib waveguide type semiconductor laser is completed.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] 産業上の利用分野) 本発明は、InGaAIP系化合物半導体材料を用いた
半導体発光装置に係わり、特にダブルヘテロ接合エピタ
キシャルウェハを使用した半導体発光装置の製造方法に
関する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] Industrial Field of Application) The present invention relates to a semiconductor light emitting device using an InGaAIP compound semiconductor material, and in particular to manufacturing a semiconductor light emitting device using a double heterojunction epitaxial wafer. Regarding the method.

(従来の技術) 近年、有機金属を用いた化学気組成長法(以下、MOC
VD法と略記する)によりGaAs基板上にInGaA
IPを形成することが可能となっており、この技術を利
用した可視光半導体レーザが注目されている。
(Conventional technology) In recent years, chemical vapor deposition method using organic metals (hereinafter referred to as MOC) has been developed.
InGaA is deposited on a GaAs substrate using the VD method (abbreviated as VD method).
It has become possible to form IP, and visible light semiconductor lasers using this technology are attracting attention.

第5図は、InGaAIP系材料を用いたリブ導波型レ
ーザの概略構造及び製造工程を示す断面図である。この
レーザを作成するには、まず第5図(a>に示す如く、
n−GaAs基板51上にn−1nGaAIPクラッド
層52゜InGaP活性層53.p−1nGaAIPク
ラッド層54.p−InGaPコンタクト層55及びp
−GaAsキャ”/ブ層5.6をMOCVD法により順
次形成する。その後、第5図(b)に示す如く、キャッ
プ層56上に5in2膜57を形成し、これをマスクに
してキャップ層56及びコンタクト層55をエツチング
し、さらに92971層54を所望の深さまでエツチン
グしてメサストライプを形成する。
FIG. 5 is a sectional view showing the schematic structure and manufacturing process of a rib waveguide type laser using InGaAIP material. To create this laser, first, as shown in Figure 5 (a),
On an n-GaAs substrate 51, an n-1nGaAIP cladding layer 52.degree. InGaP active layer 53. p-1nGaAIP cladding layer 54. p-InGaP contact layer 55 and p-InGaP contact layer 55 and p-InGaP contact layer 55
-GaAs cap layers 5.6 are sequentially formed by the MOCVD method. Then, as shown in FIG. 5(b), a 5in2 film 57 is formed on the cap layer 56, and using this as a mask, the cap layer 5. Then, the contact layer 55 is etched, and the 92971 layer 54 is further etched to a desired depth to form a mesa stripe.

次いで、第5図(c)に示す如(n−GaAsブロック
層(電流阻止層)58を、5in2膜57をマスクにし
てメサストライプの側部に選択成長する。続いて、5i
02膜57及びキャップ層56を除去した後、第5図(
d)に示す如<p−GaAsオーミック層59を成長す
る。
Next, as shown in FIG. 5(c), an n-GaAs block layer (current blocking layer) 58 is selectively grown on the side of the mesa stripe using the 5in2 film 57 as a mask.
After removing the 02 film 57 and the cap layer 56, as shown in FIG.
A p-GaAs ohmic layer 59 is grown as shown in d).

ここで、基板及び各層においてn型不純物にはSt、p
型不純物にはZnが用いられる。
Here, in the substrate and each layer, the n-type impurities include St, p
Zn is used as the type impurity.

しかしながら、この種の方法で作成した半導体レーザに
は次のような問題があった。即ち、InGaAIP系材
料を用いた半導体レーザでは、p型不純物としてZnを
用いた場合、GaAlAs系に比べて一定のドーピング
条件で得られるキャリア濃度が低いと言われている(例
えば、Journal orCrystal Grow
th 77(1986) 374−379 )。特に、
Al組成比が高くなるほど高いキャリア濃度の結晶成長
が困難になり、Zn倶給量を増加してもキャリア濃度は
飽和する傾向を示す。一方、素子設計上ではpクラッド
層は活性層と十分な屈折率差を付けるためAl組成比の
高い結晶が望まれ、高AI組成での高濃度のp型ドーピ
ングが要求されている。
However, semiconductor lasers manufactured by this type of method have the following problems. That is, in a semiconductor laser using an InGaAIP-based material, when Zn is used as a p-type impurity, it is said that the carrier concentration obtained under certain doping conditions is lower than that of a GaAlAs-based material (for example, Journal or Crystal Grow).
th 77 (1986) 374-379). especially,
The higher the Al composition ratio, the more difficult it becomes to grow a crystal with a high carrier concentration, and the carrier concentration tends to be saturated even if the amount of Zn supplied is increased. On the other hand, in terms of element design, a crystal with a high Al composition ratio is desired for the p-cladding layer to provide a sufficient difference in refractive index with the active layer, and high-concentration p-type doping with a high Al composition is required.

前記リブ導波型レーザと同等のダブルヘテロ接合部を含
む2回の結晶成長工程で作成できる利得ガイド構造のレ
ーザとして、第6図に示すような内部電流狭窄型レーザ
がある。このレーザを作成するには、まず第6図(a)
に示す如く、第1回目の結晶成長工程において、前記リ
ブ導波型レーザのコンタクト層55までと同様の層構造
を形成し、さらに連続してn−GaAsブロック層66
を成長する。その後、第6図(b)に示す如く、ブロッ
ク層66の一部をエツチングしてストライブ状の窓部を
形成する。次いで、第6図(C)に示す如く、窓部に露
出したコンタクト55層及びブロック層66上にp−G
aAsオーミック層59を再成長する。
An internal current confinement type laser as shown in FIG. 6 is an example of a laser having a gain guide structure that can be created by two crystal growth steps including a double heterojunction similar to the rib waveguide type laser. To create this laser, first see Figure 6(a).
As shown in FIG. 2, in the first crystal growth step, a layer structure similar to that up to the contact layer 55 of the rib waveguide laser is formed, and then an n-GaAs block layer 66 is formed.
grow. Thereafter, as shown in FIG. 6(b), a portion of the block layer 66 is etched to form striped windows. Next, as shown in FIG. 6(C), p-G is deposited on the contact layer 55 and the block layer 66 exposed in the window.
Re-grow the aAs ohmic layer 59.

前記第5及び第6図に示したレーザの製造工程で、ダブ
ルヘテロ接合構造部(nクラツド層52〜コンタクト層
55)の成長を同一条件で行い、成長後の各層のキャリ
ア濃度を調べると、nクラッド層52では両者が等しい
のに対して、Znドープの92971層54では異なり
、前者(第5図の例)のエピタキシャルウェハのキャリ
ア濃度が低くなる。Znの供給量に対してキャリア濃度
が飽和しているドーピング条件において第6図の構造で
5 X 1017c m−’が得られるとき、第5図の
構造では2.5X 10”cab−’程度の低いキャリ
ア濃度にしかならない。
In the laser manufacturing process shown in FIGS. 5 and 6, the double heterojunction structure (n-cladding layer 52 to contact layer 55) was grown under the same conditions, and the carrier concentration in each layer after growth was examined. While they are equal in the n-cladding layer 52, they are different in the Zn-doped 92971 layer 54, and the carrier concentration in the former epitaxial wafer (the example shown in FIG. 5) is lower. When 5 x 1017 cm-' is obtained with the structure shown in Fig. 6 under doping conditions where the carrier concentration is saturated with respect to the amount of Zn supplied, the structure shown in Fig. This results in only a low carrier concentration.

S I M S (Secondary Ion Hi
s Spectrometry)分析によりエピタキシ
ャル結晶中の92971層54のZn9度を調べたとこ
ろ、取込まれているZnp度自体は同等であることを示
した。
S I M S (Secondary Ion Hi
When the Zn9 degree of the 92971 layer 54 in the epitaxial crystal was investigated by s Spectrometry analysis, it was shown that the incorporated Znp degree itself was the same.

このことは、結晶中に取り込まれたZnがキャリアにな
る割合(活性化率)が両者で異なることを示唆しており
、Znの吸収量を増加することでは改善できない。
This suggests that the rate at which Zn incorporated into the crystal becomes a carrier (activation rate) is different between the two, and cannot be improved by increasing the amount of Zn absorbed.

また、蒸気圧の高いZn、P等或いは酸化し易いAl等
を含む層が表面になるような構造を形成する場合、表面
層の劣化防止のため、数100〜数1000人程度のキ
ャップ層(レーザ構造には直接寄与しない表面をカバー
する層)を設けることがあるが、これまで述べたような
Znドープpクラッド層54のキャリア濃度が低下する
問題に対しては有効ではない。
In addition, when forming a structure in which the surface layer contains a layer containing Zn, P, etc., which has a high vapor pressure, or Al, etc., which is easily oxidized, a cap layer (about several hundred to several thousand layers) is required to prevent deterioration of the surface layer. Although a layer covering a surface that does not directly contribute to the laser structure is sometimes provided, this is not effective against the problem of the carrier concentration of the Zn-doped p cladding layer 54 being reduced as described above.

さらに、本発明者等が検討したところ、前記第5図(a
)のp−GaAsキャップ層56を第6図(a)のn 
−G a A sブロワ2層66と同じ厚さとした場合
、及びダブルヘテロ接合構造部の形成後、第6図(a)
のブロック層成長時と同温度、同時間の熱処理を加えた
場合でも、リブ導波型レーザにおけるpクラッド層54
のキャリア濃度は改善されなかった。
Furthermore, upon study by the present inventors, the above-mentioned figure 5 (a
) of p-GaAs cap layer 56 in FIG. 6(a).
- When the thickness is the same as that of the second layer 66 of the GaAs blower, and after the formation of the double heterojunction structure, FIG. 6(a)
Even when heat treatment is applied at the same temperature and for the same time as during the growth of the block layer, the p-cladding layer 54 in the rib waveguide laser
carrier concentration was not improved.

なお、この種の半導体レーザでは92971層のキャリ
ア濃度は素子特性を決める重要なパラメータの一つであ
り、十分に高いキャリア濃度が得られないと、発振しき
い値電流の上昇。
Note that in this type of semiconductor laser, the carrier concentration of the 92971 layer is one of the important parameters that determines the device characteristics, and if a sufficiently high carrier concentration is not obtained, the oscillation threshold current will increase.

温度特性の低下を招く原因となる。また、同様の問題は
、半導体レーザに限らず発光ダイオード等についても言
えることである。
This causes a decrease in temperature characteristics. Further, the same problem is not limited to semiconductor lasers, but also applies to light emitting diodes and the like.

(発明が解決しようとする課題) このようにInGaAIP系材料を用いた半導体レーザ
の作成において、1つの結晶成長工程中でダブルヘテロ
接合部(nクラッド層、活性層、92971層)の成長
を同一条件で行ったにも拘らず、その後に成長する層の
有無或いは組成によってZnドープの92971層のキ
ャリア濃度が異なり、第5図(a)のようなエピタキシ
ャルウェハからリブ導波型レーザを作成する場合、十分
高いキャリア濃度が得られないという問題があった。
(Problem to be Solved by the Invention) In the production of a semiconductor laser using InGaAIP-based materials as described above, the growth of the double heterojunction (n-cladding layer, active layer, 92971 layer) is the same in one crystal growth process. Despite the conditions, the carrier concentration of the Zn-doped 92971 layer differs depending on the presence or absence of the layer to be grown afterwards or its composition, making it difficult to create a rib waveguide laser from an epitaxial wafer as shown in Figure 5(a). In this case, there was a problem that a sufficiently high carrier concentration could not be obtained.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、リブ導波型における92971層の
キャリア濃度を高めることができ、キャリア濃度が低い
ことによる温度特性の低下を抑制し、素子特性の向上に
寄与し得る半導体発光装置の製造方法を提供することに
ある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to be able to increase the carrier concentration of the 92971 layer in a rib waveguide type, and to suppress the deterioration of temperature characteristics due to the low carrier concentration. However, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor light emitting device that can contribute to improving device characteristics.

[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、I nGaA I Pからなるダブル
ヘテロ接合構造を用いて半導体発光装置を作成する際、
ダブルヘテロ接合構造部の成長後、最上層にローGaA
s層を形成することにより、92971層のキャリア濃
度を高めることにある。
[Structure of the Invention (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is that when producing a semiconductor light emitting device using a double heterojunction structure made of InGaA I P,
After the growth of the double heterojunction structure, low GaA is added to the top layer.
The purpose is to increase the carrier concentration of the 92971 layer by forming the s layer.

即ち本発明は、リブ導波型の半導体発光装置の製造方法
において、n型GaAs基板′上に1 n+−Y  (
Ga+−x A lx ) y Pからなるダブルヘテ
ロ接合構造部を成長し、且つこのダブルペテロ接合構造
部の上にn型GaAsキャップ層を成長したのち、この
キャップ層を除去し、次いでダブルヘテロ接合構造部に
メサストライプを形成し、次いでメサストライプの側部
にn型GaAs7m流阻止層を成長し、しがるのちダブ
ルヘテロ接合構造部及び電流阻止層上にp型GaAsオ
ーミック層を成長するようにした方法である。
That is, the present invention provides a method for manufacturing a rib waveguide type semiconductor light emitting device, in which 1 n+-Y (
After growing a double heterojunction structure consisting of Ga+-xAlx)yP and growing an n-type GaAs cap layer on this double heterojunction structure, this cap layer is removed, and then a double heterojunction is formed. A mesa stripe was formed on the structure, and then a 7m n-type GaAs flow blocking layer was grown on the sides of the mesa stripe, and then a p-type GaAs ohmic layer was grown on the double heterojunction structure and the current blocking layer. This is the method I used.

(作用) 本発明によれば、ダブルヘテロ接合構造部の形成後、最
上層にn−GaAs層を成長することにより、9297
1層に前記第6図のレーザの場合と等価な熱処理効果が
加えられる。これにより、92971層に取り込まれた
Znの活性化率が高められ、ダブルヘテロ接合構造部を
形成する第1の結晶成長工程で、第6図に示すn−Ga
Asブロック層まで成長して作成するレーザと同等の高
いキャリア濃度を得ることができる。
(Function) According to the present invention, after forming the double heterojunction structure, by growing an n-GaAs layer on the top layer, 9297
A heat treatment effect equivalent to that of the laser shown in FIG. 6 is applied to one layer. As a result, the activation rate of Zn incorporated into the 92971 layer is increased, and in the first crystal growth step for forming the double heterojunction structure, the n-Ga
A high carrier concentration equivalent to that of a laser produced by growing up to the As block layer can be obtained.

(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。(Example) Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to illustrated embodiments.

第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの製造
工程を示す断面図である。まず、第1図(a)に示す如
く、n−GaAs基板(Siドープ: 3 x 10I
8c10l811上1: M OCV D 法により、
厚さ 0.8μmの n  I no、(Gao、i A 10.7 ) o
、s Pクラッド層(Siドープ5 X 1017c1
1−3) 12 、厚さ0.06μmのアンドープI 
nO,5G aO,5P活性層13.厚さ0.8μmの p−1n0゜s  (G a 0.3 A I 0.7
 ) o、s Pクラッド層(Zn ドープ: 5 X
 10”cm−3)  14 、  厚さ0.05.c
z mのpI no、5 Gao、s pコンタクト層
(Znドープ: 7 x 1017cab−’) 15
及び厚さ 0.7μmのn−GaAsキーt”7ブ層(
Siドープ: 8 X 10110l8’) 16を連
続成長する。
FIG. 1 is a sectional view showing the manufacturing process of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1(a), an n-GaAs substrate (Si doped: 3 x 10I
8c10l811 Top 1: By M OCV D method,
Thickness 0.8 μm n I no, (Gao, i A 10.7) o
, s P cladding layer (Si-doped 5 x 1017c1
1-3) 12, undoped I with a thickness of 0.06 μm
nO, 5G aO, 5P active layer 13. p-1n0°s with a thickness of 0.8 μm (Ga 0.3 A I 0.7
) o, s P cladding layer (Zn doped: 5X
10"cm-3) 14, thickness 0.05.c
z m pI no, 5 Gao, sp contact layer (Zn doped: 7 x 1017 cab-') 15
and a 0.7 μm thick n-GaAs key layer (
Si-doped: 8 x 10110l8') 16 is continuously grown.

次いで、第1図(b)に示す如く、n−GaAsキャッ
プ層16を(H2504+H202+H20)エツチン
グ液を用いて除去し、続いて5in2膜17を形成する
。この5in2膜17をマスクとして用い、第1図(e
)に示す如く、コンタクト層15を(Br2+HBr+
H20)エツチング液を用いて除去し、さらに熱燐酸に
よりpクラッド層14を所望の深さまでエツチングして
メサストライプを形成する。
Next, as shown in FIG. 1(b), the n-GaAs cap layer 16 is removed using a (H2504+H202+H20) etching solution, and then a 5in2 film 17 is formed. Using this 5in2 film 17 as a mask,
), the contact layer 15 is (Br2+HBr+
H20) The p-cladding layer 14 is removed using an etching solution, and then the p-cladding layer 14 is etched to a desired depth using hot phosphoric acid to form a mesa stripe.

次いで、第1図(d>に示す如く前記5in2膜17を
マスクにしてメサストライプ側部に、電流阻止層として
作用するn−GaAsブロック層(Siドープ: 8 
X 1018cm−3) 1 gを1.5μmの厚さに
選択成長する。次いで、第1図(c)に示す如< S 
i O2l1i17を除去した後、同図(r)に示す如
<p−GaAsオーミック層(Znドープ、  I X
l019cm−3)  19を3μm成長することによ
り、リブ導波型半導体レーザが完成される。
Next, as shown in FIG. 1(d), using the 5in2 film 17 as a mask, an n-GaAs block layer (Si doped: 8
X 1018 cm-3) 1 g was selectively grown to a thickness of 1.5 μm. Next, as shown in FIG. 1(c),
After removing O2l1i17, a p-GaAs ohmic layer (Zn doped, IX
1019cm-3) By growing 19 to a thickness of 3 μm, a rib waveguide semiconductor laser is completed.

ここで、第1図(a)の構造を形成する第1回目の結晶
成長工程の条件は、成長温度T。−750℃、圧力P 
−25Torr、電流jlVs −11) /mln 
Here, the conditions for the first crystal growth step to form the structure shown in FIG. 1(a) are the growth temperature T. -750℃, pressure P
-25Torr, current jlVs -11) /mln
.

■族及びV族元素のモル比(V/III)−500とし
、n−GaAsブ0−/り層18.p−GaAsオーミ
ック層19を形成する第2及び第3の結晶成長工程の成
長条件は、Ta =  650℃、P−50Torr、
  Vs = IN /win 、  V/m−250
とする。
The molar ratio (V/III) of group (Ⅰ) and group V elements (V/III) is set to -500, and the n-GaAs layer 18. The growth conditions for the second and third crystal growth steps for forming the p-GaAs ohmic layer 19 are: Ta = 650°C, P-50 Torr,
Vs=IN/win, V/m-250
shall be.

本実施例方法により作成したウェハのpクララド層のキ
ャリア濃度をC−V法により測定したところ、5 x 
1017c*−’が得られ、従来方法(第5図)で作成
したウェハの約2倍に改善された。このウェハから作成
した半導体レーザはpクラッド層14のキャリア濃度が
高くなったことにより、熱抵抗が低減され、最高発振温
度が50℃から70℃に向上する等、温度特性の改善が
見られ、高温動作においても安定した動作を示した。な
お、ダブルヘテロ接合構造部の最上層に形成するキャッ
プ層16は、n−GaAsとすれば上記のキャリア濃度
の改善効果が得られるが、p−GaAsとしたのではキ
ャリア濃度の改善は得られなかった。
When the carrier concentration of the p-Clarad layer of the wafer prepared by the method of this example was measured by the CV method, it was found to be 5 x
1017c*-' was obtained, which was about twice as improved as the wafer produced by the conventional method (FIG. 5). The semiconductor laser made from this wafer has improved temperature characteristics, such as a reduction in thermal resistance and an increase in the maximum oscillation temperature from 50°C to 70°C, due to the increased carrier concentration in the p-cladding layer 14. It showed stable operation even at high temperatures. Note that if the cap layer 16 formed at the top layer of the double heterojunction structure is made of n-GaAs, the above-mentioned carrier concentration improvement effect can be obtained, but if it is made of p-GaAs, the carrier concentration cannot be improved. There wasn't.

かくして本実施例によれば、GaAs基板11上に形成
したInGaAIPからなるダブルヘテロ接合構造を用
いたリブ導波型半導体レーザの作成において、ダブルヘ
テロ接合構造部を形成後、最上層にn−GaAs層16
を形成することにより、p−1nGaAIPクラッド層
14のキャリア濃度を十分高めることができ、半導体レ
ーザの素子特性向上をはかることが可能となる。
Thus, according to this embodiment, in fabricating a rib waveguide semiconductor laser using a double heterojunction structure made of InGaAIP formed on a GaAs substrate 11, after forming the double heterojunction structure, n-GaAs is added to the uppermost layer. layer 16
By forming the p-1nGaAIP cladding layer 14, the carrier concentration of the p-1nGaAIP cladding layer 14 can be sufficiently increased, making it possible to improve the device characteristics of the semiconductor laser.

次に、本発明の別の実施例について説明する。Next, another embodiment of the present invention will be described.

InGaAIP系材料は窒化物を除< m−v族半導体
化合物の中で最大のエネルギーギャップを有し、0.5
〜0.6μm帯の発光素子材料として注目されている。
InGaAIP-based materials have the largest energy gap among the m-v group semiconductor compounds, excluding nitrides, with an energy gap of 0.5
It is attracting attention as a material for light-emitting devices in the ~0.6 μm band.

InGaAIPからなる半導体発光素子において、その
発光波長は発光領域となるI nGaA I Pのバン
ドギャップエネルギーによって決定される。InGaA
IPは、結晶成長法、成長条件によって、その結晶中の
元素のモル分率、即ち組成が同じであるにも拘らず、結
晶中の原子配列が異なり、バンドギャップエネルギーが
異なることが知られている(例えば、J、Crysts
l Growth 93 (19H) 40B−411
) 、また、p型のInGaPにおいてドーピング量に
よりバンドギャップが変化することが報告されている(
 Jpn、J、Appl、Phys、27(198g)
L1549−L1552 )。
In a semiconductor light emitting device made of InGaAIP, the emission wavelength is determined by the bandgap energy of InGaAIP, which is the light emitting region. InGaA
It is known that, depending on the crystal growth method and growth conditions of IP, the atomic arrangement in the crystal differs and the band gap energy differs even though the mole fraction of the elements in the crystal, that is, the composition is the same. (e.g. J,Crysts
l Growth 93 (19H) 40B-411
), It has also been reported that the bandgap of p-type InGaP changes depending on the doping amount (
Jpn, J, Appl, Phys, 27 (198g)
L1549-L1552).

本発明者等は一連の実験から、 I nl−x−v GaXA Iy Pの4元混品中に
Znをドーピングすることによりバンドギャップが大き
く変化することを見出した。バンドギャップの変化が起
きる点は、第2図に示すようにy−0の場合は、ホール
濃度がI X 10I810l8付近であるが、y−0
,2の場合はそれより低い3×1017cl−’付近で
バンドギャップが変化する。さらに、y−0,2のI 
nl−x−y GaxA Iy Pでは、y−0の場合
に比ベバンドギャップの変化量が2倍以上大きいことを
発見した。
The present inventors have found through a series of experiments that the band gap changes significantly by doping Zn into a quaternary mixture of I nl-x-v GaXA Iy P. As shown in Figure 2, the point at which the bandgap changes occurs is when the hole concentration is around IX10I810l8 in the case of y-0;
, 2, the band gap changes at a lower value around 3×10 17 cl−′. Furthermore, I of y-0,2
In nl-x-y GaxA Iy P, it was discovered that the amount of change in the relative bandgap is more than twice as large in the case of y-0.

一般に、半導体発光素子においてキャリアを有効に閉じ
込めるためには、ダブルヘテロ構造が用いられる。その
場合は、p型半導体層のバンドギャップを大きくするた
めに、 InGaAIPではAl組成を大きくする必要がある。
Generally, a double heterostructure is used to effectively confine carriers in semiconductor light emitting devices. In that case, in order to increase the band gap of the p-type semiconductor layer, it is necessary to increase the Al composition in InGaAIP.

しかし、Znをp型ドーパントとして用いた場合、AI
組組成が0.・25以上になると急激にZnの取り込ま
れ率及び結晶中のZnの電気的活性化率が低下するため
に、低抵抗のp型層を作ることは困難である。実際、高
いAl組成を持ったp型1nGaAIPを用いてダブル
ヘテロ構造のLEDを試作したが、直列抵抗が非常に大
きく、素子の発熱が大きくなるため寿命特性が劣ってい
た。
However, when Zn is used as a p-type dopant, AI
The group composition is 0. - When the resistance exceeds 25, the Zn incorporation rate and the electrical activation rate of Zn in the crystal decrease rapidly, making it difficult to create a low-resistance p-type layer. In fact, a double-heterostructure LED was prototyped using p-type 1nGaAIP with a high Al composition, but the series resistance was very high and the element generated a lot of heat, resulting in poor life characteristics.

このようにInGaAIPからなる発光層を持つシング
ルへテロ構造、ホモ構造成いはダブルヘテロ構造の半導
体発光素子において、高発光効率を達成し、十分な発光
強度を得ることは困難であった。本実施例は、この点を
改良して高発光効率の半導体発光素子を実現している。
As described above, it has been difficult to achieve high luminous efficiency and obtain sufficient luminous intensity in a single heterostructure, homostructure, or double heterostructure semiconductor light emitting device having a luminescent layer made of InGaAIP. This embodiment improves this point and realizes a semiconductor light emitting device with high luminous efficiency.

第3図は本実施例における発光ダイオード(LED)の
概略構成を示す断面図である。図中31はp−GaAs
基板、32は p−夏no、5 G a o、3 A 10.2 P半
導体層、33はpI no、s G ao、i A l
 O,2P発光層、34はn  I nQ、5 A 1
o、s P半導体層、35はn側オーミック電極、36
はp側オーミック電極である。p型半導体層32のホー
ル濃度は5 X 10”cll−’、厚さは2.5.c
zmであり、p型発光層33のホール濃度はI X 1
0”co+1 厚さは0.5μmであり、n型半導体層
34のドナー濃度はI X 1018cm−3,厚さは
3μmである。
FIG. 3 is a sectional view showing a schematic configuration of a light emitting diode (LED) in this example. 31 in the figure is p-GaAs
Substrate, 32 p-Xia no, 5 Gao, 3 A 10.2 P semiconductor layer, 33 pI no, s Gao, i A l
O, 2P light emitting layer, 34 is n I nQ, 5 A 1
o, s P semiconductor layer, 35 is n-side ohmic electrode, 36
is the p-side ohmic electrode. The p-type semiconductor layer 32 has a hole concentration of 5 x 10"cll-' and a thickness of 2.5.c.
zm, and the hole concentration of the p-type light emitting layer 33 is I X 1
The n-type semiconductor layer 34 has a donor concentration of I x 1018 cm-3 and a thickness of 3 μm.

第4図に第3図に示したLEDの電流と発光強度との関
係を示す。第4図に実線で示す如く、本実施例のLED
の発光強度は電流に比例して増加し、実用に十分な発光
強度を得ることができた。第4図に破線で示すのは従来
例であり、200mAの電流値で比較すると、本実施例
によるLEDによれば5倍以上の発光強度が得られる。
FIG. 4 shows the relationship between the current and emission intensity of the LED shown in FIG. 3. As shown by the solid line in Fig. 4, the LED of this example
The luminescence intensity increased in proportion to the current, and we were able to obtain a luminescence intensity sufficient for practical use. The conventional example is shown by a broken line in FIG. 4, and when compared at a current value of 200 mA, the LED according to the present example can obtain a light emission intensity that is five times or more.

このように高い発光効率を得ることができるのは、次の
ような理由による。第2図にI nGaA I Pのホ
ール濃度と室温のP L 791定から求めたバンドギ
ャップエネルギーの変化を示す。ホール濃度が増加する
と、バンドギャップエネルギーは高エネルギー側に変化
する。つまり、p型半導体層のホール濃度は7X10I
7cts−3でエネルギーギャップは1.17eVであ
るが、p型発光層のホール濃度はI X 10I10l
7’でエネルギーギャップは2.12cVであるため、
2つの層は同じ組成であるにも拘らず、50■eVのエ
ネルギーギャップ差を生じている。このエネルギーギャ
ップ差によりキャリアを発光層内に有効に閉じ込めるこ
とが可能となり、先に述べたような高い発光効率を実現
できる。
The reason why such high luminous efficiency can be achieved is as follows. FIG. 2 shows changes in the hole concentration of InGaA I P and the band gap energy determined from the P L 791 constant at room temperature. As the hole concentration increases, the bandgap energy changes toward higher energy. In other words, the hole concentration in the p-type semiconductor layer is 7X10I
7cts-3, the energy gap is 1.17eV, but the hole concentration in the p-type light emitting layer is I x 10I10l
Since the energy gap at 7' is 2.12 cV,
Although the two layers have the same composition, there is an energy gap difference of 50 eV. This energy gap difference makes it possible to effectively confine carriers within the light-emitting layer, making it possible to achieve high light-emitting efficiency as described above.

また、第2図から判るようにy−0に比べy−〇、2の
方がエネルギーギャップの変化量が大きい。つまり、y
−o、z付近の発光層を持ち、緑色の発光が起きるIn
GaAIP半導体発光装置において本実施例の効果は大
きい。n型のI nGaA I Pにおいては、ドナー
濃度によってバンドギャップエネルギーの変化は起きな
かった。n型の場合、バンドギャップエネルギーはy−
0で1.88eV、  y−0,2で2.12eVであ
り、p型1nGaAIPの低ドーピング領域におけるバ
ンドギャップエネルギーと同じであった。
Furthermore, as can be seen from FIG. 2, the amount of change in the energy gap is larger in y-0,2 than in y-0. In other words, y
-In has a luminescent layer near o and z and emits green light.
This embodiment has great effects in the GaAIP semiconductor light emitting device. In n-type InGaA I P, the band gap energy did not change depending on the donor concentration. For n-type, the bandgap energy is y-
The band gap energy was 1.88 eV at 0 and 2.12 eV at y-0,2, which was the same as the band gap energy in the low doping region of p-type 1nGaAIP.

つまり、発光層がn型であっても、p型I nGaA 
I P半導体層のドーピング量を大きくし、エネルギー
ギャップを大きくすれば、先に述べたのと同様の効果が
得られる。また、上記例ではLEDについて述べたが、
活性層及びp型クラッド層に関しては、第1図に示す半
導体レーザ及びその他の半導体レーザにも適用できるの
は勿論である。
In other words, even if the light-emitting layer is n-type, p-type I nGaA
The same effect as described above can be obtained by increasing the doping amount of the IP semiconductor layer and increasing the energy gap. Also, in the above example, we talked about LED, but
As for the active layer and the p-type cladding layer, it is of course applicable to the semiconductor laser shown in FIG. 1 and other semiconductor lasers.

[発明の効果〕 以上詳述したように本発明によれば、 InGaAIPからなるダブルヘテロ接合構造を用いて
半導体レーザを作成する際、ダブルヘテロ接合部の成長
後、最上層にn−GaAs層を形成することにより、p
クラッド層のキャリア濃度を高めることができ、キャリ
ア濃度が低いことによる温度特性の低下を抑制し、素子
特性の向上に寄与し得る半導体レーザを製造することが
できる。
[Effects of the Invention] As detailed above, according to the present invention, when a semiconductor laser is manufactured using a double heterojunction structure made of InGaAIP, an n-GaAs layer is formed as the uppermost layer after the double heterojunction is grown. By forming p
It is possible to manufacture a semiconductor laser that can increase the carrier concentration of the cladding layer, suppress deterioration of temperature characteristics due to low carrier concentration, and contribute to improvement of device characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの製造
工程を示す断面図、第2図乃至第4図はそれぞれ本発明
の他の実施例を説明するためのもので第2図はホール濃
度とバンドギャップエネルギーとの関係を示す特性図、
第3図はLED構造を示す断面図、第4図は電流と発光
強度との関係を示す特性図、第5図及び第6図はそれぞ
れ従来の問題点を説明するための工程断面図である。 11−−− n −G a A s基板12−n −1
n G a A I Pクラッド層13−−−1 n 
G a P活性層 14−p −I n G a A I Pクラッド層1
5・・・p−1nGaPコンタクト層16・・・n−G
aAsキャップ層 17・・・5in2膜(マスク) 18・・・n−GaAsブロック層(電流阻止層)19
・・・p−GaAsコンタクト層 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦(a) (b) (C) 第 (d) (e) (f) ホールJ戊(cm−つ− 第3FIA 電流(mA) 第 図 (d) 第5図 (a) (b) (C)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are for explaining other embodiments of the present invention, and FIG. Characteristic diagram showing the relationship between concentration and band gap energy,
Figure 3 is a cross-sectional view showing the LED structure, Figure 4 is a characteristic diagram showing the relationship between current and luminous intensity, and Figures 5 and 6 are process cross-sectional views to explain the problems of the conventional technology. . 11--n-G a As substrate 12-n-1
n G a A I P cladding layer 13---1 n
GaP active layer 14-p -InGaAIP cladding layer 1
5...p-1nGaP contact layer 16...n-G
aAs cap layer 17...5in2 film (mask) 18...n-GaAs block layer (current blocking layer) 19
... p-GaAs contact layer applicant agent Patent attorney Takehiko Suzue (a) (b) (C) No. (d) (e) (f) Hall J 戊 (cm-tsu- 3rd FIA current (mA) ) Figure (d) Figure 5 (a) (b) (C)

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)n型GaAs基板上に In_1_−_Y(Ga_1_−_XAl_X)_YP
からなるダブルヘテロ接合構造部を成長し、且つこのダ
ブルヘテロ接合構造部の上にn型GaAsキャップ層を
成長する工程と、前記キャップ層を除去する工程と、次
いで前記ダブルヘテロ接合構造部にメサストライプを形
成する工程と、前記メサストライプの側部にn型GaA
s電流阻止層を成長する工程と、前記ダブルヘテロ接合
構造部及び電流阻止層上にp型GaAsオーミック層を
成長する工程とを含むことを特徴とする半導体発光装置
の製造方法。
(1) In_1_-_Y(Ga_1_-_XAl_X)_YP on n-type GaAs substrate
growing a double heterojunction structure, growing an n-type GaAs cap layer on the double heterojunction structure, removing the cap layer, and then forming a mesa on the double heterojunction structure. A step of forming stripes, and n-type GaA on the sides of the mesa stripes.
A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising the steps of: growing an s-current blocking layer; and growing a p-type GaAs ohmic layer on the double heterojunction structure and the current blocking layer.
(2)前記ダブルヘテロ接合構造部のp型クラッド層の
Al組成は活性層のAl組成と同じ又はそれより大きく
、p型クラッド層のp型不純物は同組成のn型InGa
AlPよりエネルギーギャップが大きくなる範囲にドー
ピングされていることを特徴とする請求項1記載の半導
体発光装置の製造方法。
(2) The Al composition of the p-type cladding layer of the double heterojunction structure is the same as or higher than that of the active layer, and the p-type impurity of the p-type cladding layer is n-type InGa having the same composition.
2. The method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the semiconductor light emitting device is doped to a range where the energy gap is larger than that of AlP.
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