JPH08340145A - 化合物半導体発光素子とその製造方法 - Google Patents
化合物半導体発光素子とその製造方法Info
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- JPH08340145A JPH08340145A JP14485395A JP14485395A JPH08340145A JP H08340145 A JPH08340145 A JP H08340145A JP 14485395 A JP14485395 A JP 14485395A JP 14485395 A JP14485395 A JP 14485395A JP H08340145 A JPH08340145 A JP H08340145A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 温度特性およびしきい値電流Ｊthの改善をは
かった化合物半導体レーザー等の半導体発光素子とその
製造方法を提供する。 【構成】 少なくとも第１導電型の化合物半導体基板１
と、第１導電型のクラッド層３と、活性層４と、第２導
電型のクラッド層５とを有する化合物半導体発光素子に
おいて、少なくとも一方のクラッド層中の活性層４の近
傍に、高キャリア濃度薄層５Ｈが形成されてこのクラッ
ド層の擬フェルミレベルを変化させ、活性層との間のヘ
テロ接合における障壁を高めた構成とする。
かった化合物半導体レーザー等の半導体発光素子とその
製造方法を提供する。 【構成】 少なくとも第１導電型の化合物半導体基板１
と、第１導電型のクラッド層３と、活性層４と、第２導
電型のクラッド層５とを有する化合物半導体発光素子に
おいて、少なくとも一方のクラッド層中の活性層４の近
傍に、高キャリア濃度薄層５Ｈが形成されてこのクラッ
ド層の擬フェルミレベルを変化させ、活性層との間のヘ
テロ接合における障壁を高めた構成とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特にＡｌＧａＩｎＰ系
赤色可視光化合物半導体レーザーに適用して好適な化合
物半導体発光素子とその製造方法に係わる。
赤色可視光化合物半導体レーザーに適用して好適な化合
物半導体発光素子とその製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】化合物半導体発光素子としての化合物半
導体レーザー、特に赤色可視光半導体レーザーとして
（ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ系の化合物半導体レーザーが
あげられる。
導体レーザー、特に赤色可視光半導体レーザーとして
（ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ系の化合物半導体レーザーが
あげられる。
【０００３】半導体レーザー、発光ダイオード等の発光
素子においては、活性層を含む化合物半導体層の積層構
造に注入された電流により生成された電子とホールのキ
ャリアが活性層内で有効に発光再結合することが必要で
ある。
素子においては、活性層を含む化合物半導体層の積層構
造に注入された電流により生成された電子とホールのキ
ャリアが活性層内で有効に発光再結合することが必要で
ある。
【０００４】一般には、活性層内にｐ−ｎ接合を設ける
ことにより、電子およびホールが集中し、発光再結合し
やすい構造となっている。レーザー発振状態において
は、発光再結合と新たなる電子とホールが連続的に発生
する状態が同時に起こっている。この際、発生したキャ
リアは、バンドギャップの狭い活性層と、バンドギャッ
プの広いクラッド層のバンド不連続端が障壁となり、効
率的に活性層に閉じ込められて発光再結合が有効になさ
れる構造とされる。
ことにより、電子およびホールが集中し、発光再結合し
やすい構造となっている。レーザー発振状態において
は、発光再結合と新たなる電子とホールが連続的に発生
する状態が同時に起こっている。この際、発生したキャ
リアは、バンドギャップの狭い活性層と、バンドギャッ
プの広いクラッド層のバンド不連続端が障壁となり、効
率的に活性層に閉じ込められて発光再結合が有効になさ
れる構造とされる。
【０００５】価電子帯のバンド不連続については、ホー
ルの有効質量は、電子の有効質量に比べ大きいためその
溢れ出しは実際には問題となる可能性は低い。しかし、
少なくとも電子に関しては、ｐ型側のクラッド層におい
てできるだけ大きな障壁が生じるようにして、その閉じ
込めが確実になされることが必要になる。
ルの有効質量は、電子の有効質量に比べ大きいためその
溢れ出しは実際には問題となる可能性は低い。しかし、
少なくとも電子に関しては、ｐ型側のクラッド層におい
てできるだけ大きな障壁が生じるようにして、その閉じ
込めが確実になされることが必要になる。
【０００６】ところで、（ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ系の
化合物半導体による赤色可視光半導体レーザーにおいて
は、( ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ（０＜ｘ＜１）によるク
ラッド層によってこれよりバンドギャップが小さいＧａ
1-y Ｉｎy Ｐ（０＜ｙ＜１）による活性層を挟み込むダ
ブルヘテロ接合構造とされるが、この場合、図６のバン
ドモデルで示すように、電子に対する活性層とｐ型のク
ラッド層との間に形成される伝導帯側の不連続障壁は比
較的小さい。図６において、Ｅｃは伝導帯の下端、Ｅｖ
は価電子帯の上端、ＥｆｎおよびＥｆｐは、不純物準位
（擬似フェルミレベル）を示す。
化合物半導体による赤色可視光半導体レーザーにおいて
は、( ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ（０＜ｘ＜１）によるク
ラッド層によってこれよりバンドギャップが小さいＧａ
1-y Ｉｎy Ｐ（０＜ｙ＜１）による活性層を挟み込むダ
ブルヘテロ接合構造とされるが、この場合、図６のバン
ドモデルで示すように、電子に対する活性層とｐ型のク
ラッド層との間に形成される伝導帯側の不連続障壁は比
較的小さい。図６において、Ｅｃは伝導帯の下端、Ｅｖ
は価電子帯の上端、ＥｆｎおよびＥｆｐは、不純物準位
（擬似フェルミレベル）を示す。
【０００７】例えば上述の（ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ系
にあらざる例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の、ＨＥＭ
Ｔ（高電子移動度トランジスタ）で用いられているよう
なＧａＡｓとＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ間のバンド不連続は
０．２６eV程度と比較的高いものであり、またＧａＡｓ
とＡｌ0.43Ｇａ0.57Ａｓ間のバンド不連続は０．３５eV
程度と比較的高いものであるが、（ＡｌＧａ）1-X Ｉｎ
X Ｐ系については、M.O.Watanabe and Y.Ohba:Applied
Physics Letters,Volume 50 ，Page 906(1987)によれ
ば、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐと（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐとの間のバンド不連続の障壁の高さは、０．１
９eV程度である。このように、クラッド層が（ＡｌＧ
ａ）1-X ＩｎX Ｐにより構成され、活性層がＧａ1-y Ｉ
ｎy Ｐによって構成される（ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ系
半導体レーザーでは、電子に対するエネルギー障壁の高
さが低い。このことは、高温下や、高注入時には、特に
電子の閉じ込めが不充分となる。この活性層から溢出し
た電子は、発光には寄与せず、実際の発振に必要な電流
密度を高める原因になる。つまり、いま、Ｊthをしきい
値電流密度、Ｊth(net) を活性層に注入されるしきい値
電流密度、ＪL をリーク電流密度とした場合に下記（数
１）のように表すと、高温または高注入時には、ＪL が
大きくなってしまうため過剰の注入の必要性が生じると
いうことである。
にあらざる例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系の、ＨＥＭ
Ｔ（高電子移動度トランジスタ）で用いられているよう
なＧａＡｓとＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓ間のバンド不連続は
０．２６eV程度と比較的高いものであり、またＧａＡｓ
とＡｌ0.43Ｇａ0.57Ａｓ間のバンド不連続は０．３５eV
程度と比較的高いものであるが、（ＡｌＧａ）1-X Ｉｎ
X Ｐ系については、M.O.Watanabe and Y.Ohba:Applied
Physics Letters,Volume 50 ，Page 906(1987)によれ
ば、Ｇａ0.5 Ｉｎ0.5 Ｐと（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.5 Ｉ
ｎ0.5 Ｐとの間のバンド不連続の障壁の高さは、０．１
９eV程度である。このように、クラッド層が（ＡｌＧ
ａ）1-X ＩｎX Ｐにより構成され、活性層がＧａ1-y Ｉ
ｎy Ｐによって構成される（ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ系
半導体レーザーでは、電子に対するエネルギー障壁の高
さが低い。このことは、高温下や、高注入時には、特に
電子の閉じ込めが不充分となる。この活性層から溢出し
た電子は、発光には寄与せず、実際の発振に必要な電流
密度を高める原因になる。つまり、いま、Ｊthをしきい
値電流密度、Ｊth(net) を活性層に注入されるしきい値
電流密度、ＪL をリーク電流密度とした場合に下記（数
１）のように表すと、高温または高注入時には、ＪL が
大きくなってしまうため過剰の注入の必要性が生じると
いうことである。
【０００８】
【数１】Ｊth＝Ｊth(net) ＋ＪL
【０００９】この対策の主な方法として活性層とクラッ
ド層間のヘテロ障壁を増大させることが考えられる。こ
のためには、ｐ型クラッド層への高濃度ドーピングと活
性層とクラッド層への多重量子障壁（ＭＱＢ：Multiqua
ntum Barrier) を挿入することによる実効的なヘテロ障
壁の増大が試みられている。
ド層間のヘテロ障壁を増大させることが考えられる。こ
のためには、ｐ型クラッド層への高濃度ドーピングと活
性層とクラッド層への多重量子障壁（ＭＱＢ：Multiqua
ntum Barrier) を挿入することによる実効的なヘテロ障
壁の増大が試みられている。
【００１０】前者の方法は、（ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ
への高濃度ドーピングそのものの困難性があることと、
後者については厳密な制御性が必要とされることなどか
らいずれも容易に実現できるものとは言い難い。
への高濃度ドーピングそのものの困難性があることと、
後者については厳密な制御性が必要とされることなどか
らいずれも容易に実現できるものとは言い難い。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うな例えば（ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐという材料系に特
有な電子に対するヘテロ障壁が低いという問題の解決を
はかる一手段であるｐ型クラッド層への実質的高濃度ド
ーピングを実現し、従来の化合物半導体積層構造による
場合よりも温度特性およびしきい値電流Ｊthの改善をは
かった化合物半導体レーザー等の半導体発光素子とその
製造方法を提供するものである。
うな例えば（ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐという材料系に特
有な電子に対するヘテロ障壁が低いという問題の解決を
はかる一手段であるｐ型クラッド層への実質的高濃度ド
ーピングを実現し、従来の化合物半導体積層構造による
場合よりも温度特性およびしきい値電流Ｊthの改善をは
かった化合物半導体レーザー等の半導体発光素子とその
製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による化合物半導
体発光素子は、少なくとも第１導電型の化合物半導体基
板と、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電
型のクラッド層とを有する化合物半導体発光素子におい
て、少なくとも一方のクラッド層中の活性層近傍に、高
キャリア濃度薄層が形成されてこのクラッド層の擬フェ
ルミレベルを変化させ、活性層との間のヘテロ接合にお
ける障壁を高めた構成とする。
体発光素子は、少なくとも第１導電型の化合物半導体基
板と、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電
型のクラッド層とを有する化合物半導体発光素子におい
て、少なくとも一方のクラッド層中の活性層近傍に、高
キャリア濃度薄層が形成されてこのクラッド層の擬フェ
ルミレベルを変化させ、活性層との間のヘテロ接合にお
ける障壁を高めた構成とする。
【００１３】また、本発明による化合物半導体発光素子
の製造方法は、少なくとも第１導電型の化合物半導体基
板上に、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導
電型のクラッド層とをエピタキシャル成長する工程で、
その少なくとも一方のクラッド層のエピタキシャル成長
に際して、クラッド層の活性層近傍に、高キャリア濃度
薄層を形成するプレーナドーピングを行う。
の製造方法は、少なくとも第１導電型の化合物半導体基
板上に、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導
電型のクラッド層とをエピタキシャル成長する工程で、
その少なくとも一方のクラッド層のエピタキシャル成長
に際して、クラッド層の活性層近傍に、高キャリア濃度
薄層を形成するプレーナドーピングを行う。
【００１４】尚、本明細書におけるプレーナドーピング
とは、いわゆるデルタドーピングとか、アトミックレー
ヤドーピングとか、パルスドーピングとかといわれる高
キャリア濃度薄層を形成するドーピング方法を総称する
ものである。
とは、いわゆるデルタドーピングとか、アトミックレー
ヤドーピングとか、パルスドーピングとかといわれる高
キャリア濃度薄層を形成するドーピング方法を総称する
ものである。
【００１５】
【作用】上述の本発明による発光素子例えば半導体レー
ザは、クラッド層の活性層側にプレーナドーピングによ
る高キャリア濃度薄層を形成してクラッド層の実質的濃
度を大とすることによってクラッド層の擬フェルミレベ
ルを変化させ、活性層との間のヘテロ接合における不連
続障壁を高めるようにしたので、活性層におけるキャリ
アの閉じ込めを確実に行うことができ、発光効率の向
上、しきい値電流Ｊ thの低減化をはかることができる。
ザは、クラッド層の活性層側にプレーナドーピングによ
る高キャリア濃度薄層を形成してクラッド層の実質的濃
度を大とすることによってクラッド層の擬フェルミレベ
ルを変化させ、活性層との間のヘテロ接合における不連
続障壁を高めるようにしたので、活性層におけるキャリ
アの閉じ込めを確実に行うことができ、発光効率の向
上、しきい値電流Ｊ thの低減化をはかることができる。
【００１６】そして、本発明製法においては、クラッド
層にプレーナドーピングを行うので、このプレーナドー
ピングの母体、すなわちクラッド層の活性層側のキャリ
ア濃度すなわち不純物濃度を低くするとかノンドープに
しておくことによって、プレーナドーピングによってク
ラッド層の実質的濃度は高くできるにもかかわらず、活
性層側ではその濃度を低く抑えることができることによ
って、この不純物によって活性層の結晶性を損なうと
か、接合の制御を不安定にするなどを回避できる。
層にプレーナドーピングを行うので、このプレーナドー
ピングの母体、すなわちクラッド層の活性層側のキャリ
ア濃度すなわち不純物濃度を低くするとかノンドープに
しておくことによって、プレーナドーピングによってク
ラッド層の実質的濃度は高くできるにもかかわらず、活
性層側ではその濃度を低く抑えることができることによ
って、この不純物によって活性層の結晶性を損なうと
か、接合の制御を不安定にするなどを回避できる。
【００１７】
【実施例】本発明による化合物半導体発光素子とその製
造方法の実施例を説明する。図１は、本発明による化合
物半導体発光素子の一例の概略断面図である。この例
は、（ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ系の赤色可視光半導体レ
ーザに適用した場合である。この半導体レーザは、第１
導電型の例えばｎ型のＧａＡｓ基板１が用意され、これ
の上に順次ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor
Deposition:有機金属化学的気相成長）法によって、Ｇ
ａＡｓによる第１導電型のｎ型のバッファ層２、第１導
電型のｎ型のＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ（０＜ｘ＜１）に
よる第１のクラッド層、Ｇａ1-y Ｉｎy Ｐ（０＜ｙ＜
１，例えばｙ＝０．５）による活性層３、ＡｌＧａ）
1-X ＩｎX Ｐによる第２のクラッド層５、ｐ型のＧａＡ
ｓによるキャップ層６がエピタキシャル成長され、図示
しないが、キャップ層６上に一方の電極がオーミックに
被着され、基板１の裏面には他方の電極がオーミックに
被着される。
造方法の実施例を説明する。図１は、本発明による化合
物半導体発光素子の一例の概略断面図である。この例
は、（ＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ系の赤色可視光半導体レ
ーザに適用した場合である。この半導体レーザは、第１
導電型の例えばｎ型のＧａＡｓ基板１が用意され、これ
の上に順次ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor
Deposition:有機金属化学的気相成長）法によって、Ｇ
ａＡｓによる第１導電型のｎ型のバッファ層２、第１導
電型のｎ型のＡｌＧａ）1-X ＩｎX Ｐ（０＜ｘ＜１）に
よる第１のクラッド層、Ｇａ1-y Ｉｎy Ｐ（０＜ｙ＜
１，例えばｙ＝０．５）による活性層３、ＡｌＧａ）
1-X ＩｎX Ｐによる第２のクラッド層５、ｐ型のＧａＡ
ｓによるキャップ層６がエピタキシャル成長され、図示
しないが、キャップ層６上に一方の電極がオーミックに
被着され、基板１の裏面には他方の電極がオーミックに
被着される。
【００１８】そして、その第２のクラッド層５におい
て、特殊の構成をとる。すなわち、第２のクラッド層５
において、このクラッド層５の活性層４の近傍、例えば
活性層４から１０００Å程度の範囲内に、高濃度にｐ型
不純物が単原子層から数原子層程度をもってドーピング
された高キャリア濃度薄層５Ｈいわゆるプレーナドーピ
ングによる不純物の高濃度ドーピング層を形成する。こ
の場合のバンドモデル図を図２に示す。前述して従来構
造による場合の図６と比較して明らかなように、この場
合、高キャリア濃度薄層５Ｈの存在によってこのクラッ
ド層５の擬フェルミレベルＥｆｐの変化によってバンド
形状が変化し、活性層４との間のヘテロ接合における障
壁、特に伝導帯Ｅｃにおける電子に対する障壁の高さが
大きくなる。
て、特殊の構成をとる。すなわち、第２のクラッド層５
において、このクラッド層５の活性層４の近傍、例えば
活性層４から１０００Å程度の範囲内に、高濃度にｐ型
不純物が単原子層から数原子層程度をもってドーピング
された高キャリア濃度薄層５Ｈいわゆるプレーナドーピ
ングによる不純物の高濃度ドーピング層を形成する。こ
の場合のバンドモデル図を図２に示す。前述して従来構
造による場合の図６と比較して明らかなように、この場
合、高キャリア濃度薄層５Ｈの存在によってこのクラッ
ド層５の擬フェルミレベルＥｆｐの変化によってバンド
形状が変化し、活性層４との間のヘテロ接合における障
壁、特に伝導帯Ｅｃにおける電子に対する障壁の高さが
大きくなる。
【００１９】次に、この本発明による化合物半導体発光
素子の製造方法の一例を説明する。先ず、この方法を実
施するに当たって用い得るＭＯＣＶＤ装置を、図３の構
成図を参照して説明する。
素子の製造方法の一例を説明する。先ず、この方法を実
施するに当たって用い得るＭＯＣＶＤ装置を、図３の構
成図を参照して説明する。
【００２０】この場合、図１の基板１上に各化合物半導
体層をエピタキシャル成長する反応室１１が設けられ
る。反応室１１の排気側には、有害ガスを処理する処理
装置１２が設けられる。
体層をエピタキシャル成長する反応室１１が設けられ
る。反応室１１の排気側には、有害ガスを処理する処理
装置１２が設けられる。
【００２１】一方、キャリアガス例えばＨ2 ガスの精製
装置、すなわちキャリアガス供給源１３が設けられ、 I
II族原料供給源１４例えば III族の有機金属のＴＭＡｌ
（トリ・メチル・アルミニウム）もしくはＴＥＡｌ（ト
リ・エチル・アルミニウム）の供給源１４Al ，ＴＭＧ
ａ（トリ・メチル・ガリウム）もしくはＴＥＧａ（トリ
・エチル・ガリウム）の供給源１４Ga，ＴＭＩｎ（トリ
・メチル・インジウム）もしくはＴＥＩｎ（トリ・エチ
ル・インジウム）の供給源１４Inが設けられ、またｐ型
不純物源の例えば有機金属ＤＭＺｎ（ジ・メチル・亜
鉛）の供給源２４が設けられる。さらに、ｎ型不純物例
えばＳｅの不純物供給源２５と、Ｖ族原料供給源１５例
えばＰＨ3 の供給源１５p ，ＡｓＨ3 の供給源１５ASが
設けられる。
装置、すなわちキャリアガス供給源１３が設けられ、 I
II族原料供給源１４例えば III族の有機金属のＴＭＡｌ
（トリ・メチル・アルミニウム）もしくはＴＥＡｌ（ト
リ・エチル・アルミニウム）の供給源１４Al ，ＴＭＧ
ａ（トリ・メチル・ガリウム）もしくはＴＥＧａ（トリ
・エチル・ガリウム）の供給源１４Ga，ＴＭＩｎ（トリ
・メチル・インジウム）もしくはＴＥＩｎ（トリ・エチ
ル・インジウム）の供給源１４Inが設けられ、またｐ型
不純物源の例えば有機金属ＤＭＺｎ（ジ・メチル・亜
鉛）の供給源２４が設けられる。さらに、ｎ型不純物例
えばＳｅの不純物供給源２５と、Ｖ族原料供給源１５例
えばＰＨ3 の供給源１５p ，ＡｓＨ3 の供給源１５ASが
設けられる。
【００２２】そしてこれらの原料ガス更に各供給源１
３，１４、１５，２４，２５からの各原料ガスが反応室
１１に供給することができるようになされている。
３，１４、１５，２４，２５からの各原料ガスが反応室
１１に供給することができるようになされている。
【００２３】また、各供給源１３，１４，１５，２４，
２５は共に、処理装置１２に連結されていて、反応室１
１への原料供給時以外において処理装置１２に各ガスの
排出をなして、常時必要時において安定に反応室１１へ
のガス供給を行うことができるようになされている。
２５は共に、処理装置１２に連結されていて、反応室１
１への原料供給時以外において処理装置１２に各ガスの
排出をなして、常時必要時において安定に反応室１１へ
のガス供給を行うことができるようになされている。
【００２４】各ガス通路には、バルブ１６と、マスフロ
ーコントローラ１７が介在され、図１において、白丸は
開放状態のバルブ１６を、黒丸は閉塞状態のバルブ１６
を示すもので、図３の状態は、反応室１１内に配置され
た被エピタキシャル成長基体１に対してＡｌＧａＩｎＰ
のエピタキシーがなされている状態を示している。
ーコントローラ１７が介在され、図１において、白丸は
開放状態のバルブ１６を、黒丸は閉塞状態のバルブ１６
を示すもので、図３の状態は、反応室１１内に配置され
た被エピタキシャル成長基体１に対してＡｌＧａＩｎＰ
のエピタキシーがなされている状態を示している。
【００２５】反応室１１内には、被エピタキシャル成長
基体１を支持するサセプタ１８が配置される。また、図
示しないが被エピタキシャル成長基体１を所要の温度に
加熱する加熱手段が設けられる。
基体１を支持するサセプタ１８が配置される。また、図
示しないが被エピタキシャル成長基体１を所要の温度に
加熱する加熱手段が設けられる。
【００２６】本発明製造方法においては、このようなＭ
ＯＣＶＤ装置を用いることができる。本発明方法の一例
を図４の工程図を参照して説明する。この場合、図３の
反応室１１内のサセプタ１８上に、被エピタキシャル成
長基体、この例ではｎ型のＧａＡｓ基板１を配置し、所
要のエピタキシャル成長温度に保持する。この場合Ｇａ
Ａｓ基板１の蒸気圧の高いＶ族元素のＡｓの蒸発を防ぐ
目的をもってＡｓＨ3の供給を行ってＡｓ圧を与える状
態とする。図５は、このＭＯＣＶＤ装置における原料ガ
スのシーケンス図であり、ｔ0 の期間中、反応室１１に
Ｇａの原料ガスＴＭＧａもしくはＴＥＧａと、ＡｓＨ3
と、ｎ型不純物原料ガスのＨ2 Ｓｅを供給する。このよ
うにして図４Ａに示すように、ｎ型ＧａＡｓによるバッ
ファ層２をエピタキシャル成長し、続いて図５で示すよ
うに、次の期間ｔ1 において反応室１１に対するＡｓＨ
3 、Ｈ2 Ｓｅ、ＴＭＧａもしくはＴＥＧａの供給を停止
し、ＰＨ3 の供給を行い、期間ｔ2 においてさらにＨ2
Ｓｅと、ＴＭＡｌもしくはＴＥＡｌと、ＴＭＧａもしく
はＴＥＧａと、ＴＭＩｎもしくはＴＥＩｎとを供給して
ｎ型のＡｌＧａＩｎＰによる第１のクラッド層３を形成
し、期間ｔ3 においてＨ2 ＳｅとＴＭＡｌもしくはＴＥ
Ａｌの供給を停止してＴＭＧａもしくはＴＥＧａＩｎＰ
によるノンドープの活性層４をエピタキシャル成長す
る。
ＯＣＶＤ装置を用いることができる。本発明方法の一例
を図４の工程図を参照して説明する。この場合、図３の
反応室１１内のサセプタ１８上に、被エピタキシャル成
長基体、この例ではｎ型のＧａＡｓ基板１を配置し、所
要のエピタキシャル成長温度に保持する。この場合Ｇａ
Ａｓ基板１の蒸気圧の高いＶ族元素のＡｓの蒸発を防ぐ
目的をもってＡｓＨ3の供給を行ってＡｓ圧を与える状
態とする。図５は、このＭＯＣＶＤ装置における原料ガ
スのシーケンス図であり、ｔ0 の期間中、反応室１１に
Ｇａの原料ガスＴＭＧａもしくはＴＥＧａと、ＡｓＨ3
と、ｎ型不純物原料ガスのＨ2 Ｓｅを供給する。このよ
うにして図４Ａに示すように、ｎ型ＧａＡｓによるバッ
ファ層２をエピタキシャル成長し、続いて図５で示すよ
うに、次の期間ｔ1 において反応室１１に対するＡｓＨ
3 、Ｈ2 Ｓｅ、ＴＭＧａもしくはＴＥＧａの供給を停止
し、ＰＨ3 の供給を行い、期間ｔ2 においてさらにＨ2
Ｓｅと、ＴＭＡｌもしくはＴＥＡｌと、ＴＭＧａもしく
はＴＥＧａと、ＴＭＩｎもしくはＴＥＩｎとを供給して
ｎ型のＡｌＧａＩｎＰによる第１のクラッド層３を形成
し、期間ｔ3 においてＨ2 ＳｅとＴＭＡｌもしくはＴＥ
Ａｌの供給を停止してＴＭＧａもしくはＴＥＧａＩｎＰ
によるノンドープの活性層４をエピタキシャル成長す
る。
【００２７】続いて図５の期間ｔ4 において、さらにＴ
ＭＡｌもしくはＴＥＡｌを供給し、不純物源のＨ2 Ｓｅ
の供給を停止して図４Ｂに示すように、第２のクラッド
層の一部を構成するノンドープのＡｌＧａＩｎＰによる
半導体層５Ｓをエピタキシャル成長する。
ＭＡｌもしくはＴＥＡｌを供給し、不純物源のＨ2 Ｓｅ
の供給を停止して図４Ｂに示すように、第２のクラッド
層の一部を構成するノンドープのＡｌＧａＩｎＰによる
半導体層５Ｓをエピタキシャル成長する。
【００２８】その後図５の期間ｔ5 において、ＴＭＡｌ
もしくはＴＥＡｌ，ＴＭＧａもしくはＴＥＧａ，ＴＭＩ
ｎもしくはＴＥＩｎの供給を停止して、ｐ型の不純物Ｚ
ｎの原料ガスＤＭＺｎを供給し、半導体層５Ｓの表面に
単原子層ないしは数原子層の高不純物のドーピング層す
なわち高キャリア濃度薄層５Ｈの形成すなわちプレーナ
ドーピングを行う。
もしくはＴＥＡｌ，ＴＭＧａもしくはＴＥＧａ，ＴＭＩ
ｎもしくはＴＥＩｎの供給を停止して、ｐ型の不純物Ｚ
ｎの原料ガスＤＭＺｎを供給し、半導体層５Ｓの表面に
単原子層ないしは数原子層の高不純物のドーピング層す
なわち高キャリア濃度薄層５Ｈの形成すなわちプレーナ
ドーピングを行う。
【００２９】そして、次の期間ｔ6 において一旦ＤＭＺ
ｎの供給を停止し、ＴＭＡｌもしくはＴＥＡｌ，ＴＭＧ
ａもしくはＴＥＧａおよびＴＭＩｎもしくはＴＥＩｎの
供給を行い、つぎの期間ｔ7 でＤＭＺｎの供給も行って
図１に示すように、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰによる残りの
第２のクラッド層５をエピタキシャル成長する。続いて
つぎの期間ｔ8 においてＴＭＡｌもしくはＴＥＡｌ，Ｔ
ＭＧａもしくはＴＥＧａおよびＴＭＩｎもしくはＴＥＩ
ｎの供給を停止し、次の期間ｔ9 においてＰＨ 3 の供給
を停止して代わってＡｓＨ3 の供給と、ＴＭＧａもしく
はＴＥＧａおよびＤＭＺｎの供給を行ってｎ型のキャッ
プ層６のエピタキシャル成長を行う。
ｎの供給を停止し、ＴＭＡｌもしくはＴＥＡｌ，ＴＭＧ
ａもしくはＴＥＧａおよびＴＭＩｎもしくはＴＥＩｎの
供給を行い、つぎの期間ｔ7 でＤＭＺｎの供給も行って
図１に示すように、ｐ型のＡｌＧａＩｎＰによる残りの
第２のクラッド層５をエピタキシャル成長する。続いて
つぎの期間ｔ8 においてＴＭＡｌもしくはＴＥＡｌ，Ｔ
ＭＧａもしくはＴＥＧａおよびＴＭＩｎもしくはＴＥＩ
ｎの供給を停止し、次の期間ｔ9 においてＰＨ 3 の供給
を停止して代わってＡｓＨ3 の供給と、ＴＭＧａもしく
はＴＥＧａおよびＤＭＺｎの供給を行ってｎ型のキャッ
プ層６のエピタキシャル成長を行う。
【００３０】このようにして、前述した図１に示す本発
明による化合物半導体発光素子を形成するものである。
すなわち、クラッド層５の活性層側にプレーナドーピン
グによる高キャリア濃度薄層５Ｈが形成されて、クラッ
ド層の実質的ドーピング濃度を高めることができること
から、図２のバンドモデル図で説明したように、擬フェ
ルミレベルを変化させ、活性層との間のヘテロ接合にお
ける障壁を高めることができる。
明による化合物半導体発光素子を形成するものである。
すなわち、クラッド層５の活性層側にプレーナドーピン
グによる高キャリア濃度薄層５Ｈが形成されて、クラッ
ド層の実質的ドーピング濃度を高めることができること
から、図２のバンドモデル図で説明したように、擬フェ
ルミレベルを変化させ、活性層との間のヘテロ接合にお
ける障壁を高めることができる。
【００３１】したがって、これによれば、活性層へのキ
ャリア特に電子をも確実に閉じ込めることができ、発光
再結合を効率良く行うことができ、温度特性およびしき
い値電流Ｊthの改善をはかることができる。
ャリア特に電子をも確実に閉じ込めることができ、発光
再結合を効率良く行うことができ、温度特性およびしき
い値電流Ｊthの改善をはかることができる。
【００３２】尚、上述した例では、第２のクラッド層５
の成長開始の初期、すなわちプレーナドーピングを行う
母体となるクラッド層を形成する図３で示す期間ｔ4 で
は、ＤＭＺｎの供給を断って不純物Ｚｎのドーピングが
全くなされない層を形成するものであり、この場合活性
層に対する不純物による結晶性等への影響を回避できる
が、クラッド層５の実質的不純物濃度をより高める上
で、この期間ｔ4 におけるプレーナドーピングの母体の
形成においても不純物のドーピング行う一様ドーピング
とすることができる。例えば図３に期間ｔ4 において、
鎖線ａで示すように、ある程度のレベルの不純物ドーピ
ングを行うこともできる。
の成長開始の初期、すなわちプレーナドーピングを行う
母体となるクラッド層を形成する図３で示す期間ｔ4 で
は、ＤＭＺｎの供給を断って不純物Ｚｎのドーピングが
全くなされない層を形成するものであり、この場合活性
層に対する不純物による結晶性等への影響を回避できる
が、クラッド層５の実質的不純物濃度をより高める上
で、この期間ｔ4 におけるプレーナドーピングの母体の
形成においても不純物のドーピング行う一様ドーピング
とすることができる。例えば図３に期間ｔ4 において、
鎖線ａで示すように、ある程度のレベルの不純物ドーピ
ングを行うこともできる。
【００３３】上述したように、本発明においては、クラ
ッド層にプレーナドーピングを行うので、このプレーナ
ドーピングの母体、すなわちクラッド層の活性層側のキ
ャリア濃度すなわち不純物濃度を低くするとかノンドー
プにしておくことによって、プレーナドーピングによっ
てクラッド層の実質的濃度は高くできるにもかかわら
ず、活性層側ではその濃度を低く抑えることができるこ
とによって、この不純物によって活性層の結晶性を損な
うとか、接合の制御を不安定にするなどを回避できる。
ッド層にプレーナドーピングを行うので、このプレーナ
ドーピングの母体、すなわちクラッド層の活性層側のキ
ャリア濃度すなわち不純物濃度を低くするとかノンドー
プにしておくことによって、プレーナドーピングによっ
てクラッド層の実質的濃度は高くできるにもかかわら
ず、活性層側ではその濃度を低く抑えることができるこ
とによって、この不純物によって活性層の結晶性を損な
うとか、接合の制御を不安定にするなどを回避できる。
【００３４】尚、図３で示す成長シーケンスは、一例で
あり、例えばクラッド層５からキャップ層６の形成の切
換えにおいて、Ｖ族元素の切換えにおいてＶ族原子の供
給を一旦停止するなどの方法をとることもできるなど、
図３に示されるシーケンスに限られるものではない。
あり、例えばクラッド層５からキャップ層６の形成の切
換えにおいて、Ｖ族元素の切換えにおいてＶ族原子の供
給を一旦停止するなどの方法をとることもできるなど、
図３に示されるシーケンスに限られるものではない。
【００３５】また、上述においてはＭＯＣＶＤによる場
合について例示したが、ＭＢＥ（Molecular Beam Epita
xy: 分子線エピタキシー）法等によることもできる。ま
た、本発明による化合物半導体発光素子は、図１および
図４で示す構成に限られるものではなく、例えば図示と
は逆導電型に選定することもできし、第２のクラッド層
にのみプレーナドーピングによる高キャリア濃度薄層を
設ける場合に限られるものではなく、第１のクラッド層
もしくは第１および第２のクラッド層において活性層側
にプレーナドーピングがなされる構成とすることもでき
る。また、活性層が多重量子井戸構造をとるとか種々の
構成による半導体発光素子に適量できる。
合について例示したが、ＭＢＥ（Molecular Beam Epita
xy: 分子線エピタキシー）法等によることもできる。ま
た、本発明による化合物半導体発光素子は、図１および
図４で示す構成に限られるものではなく、例えば図示と
は逆導電型に選定することもできし、第２のクラッド層
にのみプレーナドーピングによる高キャリア濃度薄層を
設ける場合に限られるものではなく、第１のクラッド層
もしくは第１および第２のクラッド層において活性層側
にプレーナドーピングがなされる構成とすることもでき
る。また、活性層が多重量子井戸構造をとるとか種々の
構成による半導体発光素子に適量できる。
【００３６】
【発明の効果】上述の本発明による発光素子例えば半導
体レーザは、クラッド層の活性層側にプレーナドーピン
グによる高キャリア濃度薄層を形成してクラッド層の活
性との間の不連続障壁を高めるようにしたので、（Ａｌ
Ｇａ）1-X ＩｎX Ｐ系の赤色可視光半導体レーザーにお
いても、高温下で効果的に発光効率の向上をはかること
ができる。また、発光動作を行わしめるための電流、す
なわちしきい値電流Ｊthの低減化をはかることができ
る。
体レーザは、クラッド層の活性層側にプレーナドーピン
グによる高キャリア濃度薄層を形成してクラッド層の活
性との間の不連続障壁を高めるようにしたので、（Ａｌ
Ｇａ）1-X ＩｎX Ｐ系の赤色可視光半導体レーザーにお
いても、高温下で効果的に発光効率の向上をはかること
ができる。また、発光動作を行わしめるための電流、す
なわちしきい値電流Ｊthの低減化をはかることができ
る。
【００３７】また、前述したように、クラッド層の実質
的濃度を高めるにもかかわらず、クラッド層の、活性層
側の濃度の低減化をはかることができることから活性層
へのクラッド層の不純物による影響を回避でき、安定し
た特性の化合物半導体発光素子を構成できる。
的濃度を高めるにもかかわらず、クラッド層の、活性層
側の濃度の低減化をはかることができることから活性層
へのクラッド層の不純物による影響を回避でき、安定し
た特性の化合物半導体発光素子を構成できる。
【図１】本発明による化合物半導体発光素子の一例の概
略断面図である。
略断面図である。
【図２】本発明による化合物半導体発光素子の特徴の説
明に供するバンドモデル図である。
明に供するバンドモデル図である。
【図３】本発明方法を実施することのできるＭＯＣＶＤ
装置の一例の構成図である。
装置の一例の構成図である。
【図４】本発明方法の一例の工程図である。Ａは、一工
程における断面図である。Ｂは、一工程における断面図
である。Ｃは、一工程における断面図である。
程における断面図である。Ｂは、一工程における断面図
である。Ｃは、一工程における断面図である。
【図５】本発明方法の一例の原料ガス供給のシーケンス
図である。
図である。
【図６】従来の化合物半導体発光素子の説明に供するバ
ンドモデル図である。
ンドモデル図である。
１ 基板 ２ バッファ層 ３ 第１のクラッド層 ４ 活性層 ５ 第２のクラッド層 ５Ｈ 高キャリア濃度薄層 ６ キャップ層 １１ 反応室
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも第１導電型の化合物半導体基
板と、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電
型のクラッド層とを有する化合物半導体発光素子におい
て、 少なくとも一方のクラッド層中の活性層近傍に、高キャ
リア濃度薄層が形成されて該クラッド層の擬フェルミレ
ベルを変化させ、上記活性層との間のヘテロ接合におけ
る障壁を高めてなることを特徴とする化合物半導体発光
素子。 - 【請求項２】 少なくとも第１導電型の化合物半導体基
板上に、第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導
電型のクラッド層とをエピタキシャル成長する工程で、
上記少なくとも一方のクラッド層のエピタキシャル成長
に際して、上記活性層近傍に、高キャリア濃度薄層を形
成するプレーナドーピングを行うことを特徴とする化合
物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項３】 上記高キャリア濃度薄層を形成する上記
プレーナドーピングに際し母体となるクラッド層に一様
な不純物ドーピングを行うことを特徴とする請求項２に
記載の化合物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項４】 上記高キャリア濃度薄層を形成する上記
プレーナドーピングに際し母体となるクラッド層に上記
活性層に隣接する側の不純物濃度をこれとは反対側の不
純物濃度に比し低濃度に選定することを特徴とする請求
項２に記載の化合物半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項５】 上記第１および第２導電型のクラッド層
が（ＡｌＧａ）1-X Ｉｎ X Ｐから成り、上記活性層がＧ
ａ1-y Ｉｎy ＰもしくはＧａ1-y Ｉｎy Ｐと（ＡｌＧ
ａ）1-z Ｉｎz Ｐとの多重量子井戸構造から成ることを
特徴とする請求項２に記載の化合物半導体発光素子の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14485395A JPH08340145A (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | 化合物半導体発光素子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14485395A JPH08340145A (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | 化合物半導体発光素子とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08340145A true JPH08340145A (ja) | 1996-12-24 |
Family
ID=15371943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14485395A Pending JPH08340145A (ja) | 1995-06-12 | 1995-06-12 | 化合物半導体発光素子とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08340145A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100288851B1 (ko) * | 1999-03-25 | 2001-04-16 | 조장연 | 델타도핑을 이용한 질화물계 발광소자의 제작방법 |
| JP2005136371A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-05-26 | Korea Inst Of Science & Technology | ストレイン補償多重量子井戸を用いる単一モード型レーザダイオード及びその製造方法 |
| JP2011216800A (ja) * | 2010-04-02 | 2011-10-27 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及びその製造方法 |
-
1995
- 1995-06-12 JP JP14485395A patent/JPH08340145A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100288851B1 (ko) * | 1999-03-25 | 2001-04-16 | 조장연 | 델타도핑을 이용한 질화물계 발광소자의 제작방법 |
| JP2005136371A (ja) * | 2003-10-30 | 2005-05-26 | Korea Inst Of Science & Technology | ストレイン補償多重量子井戸を用いる単一モード型レーザダイオード及びその製造方法 |
| JP2011216800A (ja) * | 2010-04-02 | 2011-10-27 | Fujitsu Ltd | 光半導体装置及びその製造方法 |
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