JPH11121860A - 化合物半導体発光素子およびその形成方法 - Google Patents

化合物半導体発光素子およびその形成方法

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JPH11121860A
JPH11121860A JP9287311A JP28731197A JPH11121860A JP H11121860 A JPH11121860 A JP H11121860A JP 9287311 A JP9287311 A JP 9287311A JP 28731197 A JP28731197 A JP 28731197A JP H11121860 A JPH11121860 A JP H11121860A
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type
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compound semiconductor
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Tsutomu Munakata
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Yasumasa Kashima
保昌 鹿島
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャリアの活性層への閉じ込め効果を維持
し、発光効率を向上させることができること。 【解決手段】 第１導電型基板１１上に活性層１２を具
え、この活性層の両側のｎ型基板１１ａ上に下側から順
に第２導電型電流ブロック層１５および第１導電型電流
ブロック層１７を具え、活性層および第１導電型電流ブ
ロック層の上側に第２導電型クラッド層１９を具え、こ
の第２導電型クラッド層上に第２導電型コンタクト層２
１を具えた化合物半導体発光素子において、第１導電型
電流ブロック層と第２導電型クラッド層との間に第２導
電型拡散防止層２３が具えてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、化合物半導体発
光素子、特にＢＨ構造（Buried Hetero-structure)を有
するＩｎＰ系の半導体レーザの構造に適用して好適な化
合物半導体発光素子およびそ形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＢＨ構造を有するＩｎＰ系の半導
体レーザ素子としては以下に示すような構造のものがあ
った。この素子を図４を参照して説明する。図４は従来
のＩｎＰ系ＢＨ型半導体レーザの光出射端面の概略図で
ある。
【０００３】ｎ型ＩｎＰ基板１０１の上側に、ストライ
プ形状のＩｎＧａＡｓＰ活性層１０３を具え、この活性
層１０３の上下には、活性層１０３と比べてバンドギャ
ップが大きくなるように組成を変えてあるＩｎＧａＡｓ
Ｐガイド層１０５が形成されている。そしてこの活性層
１０３の両側に位置するｎ型基板１０１ａ上に、下側か
ら順にキャリア濃度が５×１０17ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰ電
流ブロック層１０７（電流狭窄層とも称する。）および
キャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰ電流ブロ
ック層１０９を具え、活性層１０３およびｎ型ＩｎＰ電
流ブロック層１０９の上側にキャリア濃度１×１０18ｃ
ｍ-3のｐ型ＩｎＰクラッド層１１１を具え、このｐ型Ｉ
ｎＰクラッド層１１１上にｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト
層１１３を具えている。そして、このｐ型ＩｎＧａＡｓ
コンタクト層１１３の上側およびｎ型ＩｎＰ基板１０１
の下側に電極（１１５および１１７）が形成される。
【０００４】上記の半導体レーザには、活性層１０３の
両側にｐ型電流ブロック層１０７とｎ型電流ブロック層
１０９からなる電流狭窄層（電流ブロック層）が形成さ
れていて、活性層１０３の上側のｐ型クラッド層１１１
とｎ型電流ブロック層１０９とｐ型電流ブロック層１０
７とｎ型基板１０１とでｐｎｐｎ構造をつくっている。
これにより素子に注入した電流が活性層１０３以外に流
れないようにしてある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな半導体レーザのｎ型電流ブロック層１０９および活
性層１０３の上に位置するｐ型クラッド層１１１は、半
導体レーザの抵抗値を下げるためにキャリア濃度を１×
１０18ｃｍ-3と高くしてある。このため、このｐ型クラ
ッド層１１１を形成するときにｐ型のドーパントである
Ｚｎ（ＺｎとしてＤＭＺｎ：dimetylzinc ジメチル亜鉛
（Ｚｎ（ＣＨ3 ）2 ）を導入している。）がｎ型電流ブ
ロック層１０９に拡散してしまう。この結果、ｎ型電流
ブロック層１０９内で正孔が発生して、この正孔とｎ型
キャリアである電子が結合し消滅することにより、ｎ型
電流ブロック層１０９のｎ型キャリアの数が減少する。
したがって、このｎ型電流ブロック層１０９はｎ型とし
ての機能が低下する。すなわちキャリアが補償されてし
まう。よって電流狭窄層としての、電流を活性層１０３
に効率よく注入するという性能が低下してしまって、半
導体レーザの発光効率の低下という問題が生じた。
【０００６】このため、キャリアの活性層１０３への閉
じ込め効果を維持し、発光効率を向上させることができ
るような化合物半導体発光素子およびその形成方法の出
現が望まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】このため、この発明の化
合物半導体発光素子によれば、第１導電型基板上に活性
層を具え、この活性層の両側の第１導電型基板上に下側
から順に第２導電型ブロック層および第１導電型ブロッ
ク層を具え、活性層および第１導電型ブロック層の上側
に第２導電型クラッド層を具え、この第２導電型クラッ
ド層上に第２導電型コンタクト層を具えた化合物半導体
発光素子において、第１導電型ブロック層と第２導電型
クラッド層との間に第２導電型拡散防止層が具えてある
ことを特徴とする。
【０００８】第２導電型ブロック層および第１導電型ブ
ロック層は電流狭窄層で、埋め込み型の活性層に効率よ
く電流を注入する役割を担っている。第２導電型拡散防
止層が第１導電型ブロック層と第２導電型クラッド層と
の間に設けてあるために、第２導電型クラッド層からの
第２導電型不純物の拡散を第２導電型拡散防止層に留め
て、第１導電型ブロック層への第２導電型不純物の拡散
を抑えることができる。このため第１導電型ブロック層
は、第２導電型の不純物の混入によって第１導電型キャ
リアが消滅してキャリア濃度が低下するのを防ぐことが
できる。これにより電流狭窄層としての機能を保持する
ことができ、従来よりも活性層への電流の注入効率を向
上させることができる。
【０００９】また、好ましくは、第１導電型基板、第２
導電型ブロック層、第１導電型ブロック層、第２導電型
クラッド層および第２導電型拡散防止層をそれぞれ構成
する材料をＩｎＰとし、活性層および第２型コンタクト
層をそれぞれ構成する材料をＩｎＧａＡｓ（Ｐ）とする
のがよい。
【００１０】上述したような材料で半導体化合物発光素
子を構成するとき、第２導電型の層を形成するための第
２導電型不純物として例えば、ＤＭＺｎ（dimetylzinc
）を用いる。第２導電型クラッド層と第１導電型ブロ
ック層が接していると、このＤＭＺｎが第２導電型クラ
ッド層から第１導電型ブロック層へ拡散するおそれがあ
る。このため、第２導電型クラッド層と第１導電型ブロ
ック層との間に第２導電型拡散防止層を予め形成してお
けば、ＤＭＺｎの第１導電型ブロック層への拡散を抑え
ることができる。
【００１１】また、好ましくは、第２導電型拡散防止層
は、第２導電型クラッド層のキャリア濃度よりも低いキ
ャリア濃度を有する予備層として最初に形成されてい
て、後工程の第２導電型クラッド層の形成時に、この予
備層に第２導電型クラッド層から第２導電型不純物が拡
散して、この予備層が最終的には、実質的に第２導電型
クラッド層のキャリア濃度と同じキャリア濃度を有する
層に変わって得られた層とするのがよい。
【００１２】このようにすれば、第２導電型拡散防止層
は、化合物半導体発光素子中で実質的に第２導電型クラ
ッド層の一部として働く層となる。第２導電型クラッド
層から第１導電型ブロック層への第２導電型不純物の拡
散を抑えて、その結果、第１導電型ブロック層の電流狭
窄層としての作用効果を維持することができる。そし
て、この第２導電型拡散防止層は第２導電型クラッド層
の一部となるために、化合物半導体発光素子に何ら悪影
響を及ぼすことはない。
【００１３】また、好ましくは、第２導電型ブロック層
のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3とし、第１導電型ブ
ロック層のキャリア濃度を１×１０18ｃｍ-3とし、第２
導電型クラッド層のキャリア濃度を１×１０18ｃｍ-3と
したとき、予備層のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3以
上でかつ７×１０17ｃｍ-3以下という範囲内の濃度とす
るのがよい。
【００１４】予備層のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3
以上、７×１０17ｃｍ-3以下という範囲内の濃度にすれ
ば、キャリア濃度１×１０18ｃｍ-3である第２導電型ク
ラッド層から拡散する第２導電型不純物によって第２導
電型拡散防止層のキャリア濃度が上がる。そして、第２
導電型拡散防止層のキャリア濃度が第２導電型クラッド
層のキャリア濃度と実質的に同じになるとき、拡散もお
さまって、この第２導電型拡散防止層より下の第１導電
型ブロック層に第２導電型不純物が拡散するのを防ぐこ
とができる。また、第２導電型拡散防止層は第２導電型
クラッド層の一部となる。
【００１５】また、好ましくは、予備層のキャリア濃度
を５×１０17ｃｍ-3とするのがよい。
【００１６】また、好ましくは、第２導電型クラッド層
のキャリア濃度を１×１０18ｃｍ-3とするとき、第２導
電型拡散防止層のキャリア濃度を１×１０18ｃｍ-3もし
くは１×１０18ｃｍ-3周辺の濃度とするのがよい。
【００１７】第２導電型クラッド層から、キャリア濃度
が５×１０17ｃｍー3の予備層に第２導電型不純物が拡散
することにより、予備層から第２導電型拡散防止層とな
るが、このときの第２導電型拡散防止層のキャリア濃度
は、第２導電型クラッド層と実質的に同じキャリア濃度
を有しているのが好ましい。よって、第２導電型拡散防
止層のキャリア濃度は、１×１０18ｃｍ-3周辺の濃度と
なるのがよい。
【００１８】また、この発明では、第１導電型をｎ型と
し、および第２導電型をｐ型とするのがよい。
【００１９】また、化合物半導体発光素子を形成するに
あたり、第１導電型基板上に、ＩｎＧａＡｓ活性層と第
２導電型第１ＩｎＰクラッド層とを順次エピタキシャル
成長させる第１結晶成長工程と、第２導電型第１ＩｎＰ
クラッド層の上側にストライプ形状のエッチングマスク
を設け、このエッチングマスクから露出する領域に対し
て少なくとも第１導電型基板に達する深さにエッチング
処理を行う工程と、エッチングマスクから露出している
第１導電型基板の領域に第２導電型ＩｎＰブロック層と
第１導電型ＩｎＰブロック層と第２導電型ＩｎＰ拡散防
止層とを順次エピタキシャル成長させる第２結晶成長工
程と、エッチングマスクを除去する工程と、露出してい
る第２導電型第１ＩｎＰクラッド層および第２導電型拡
散防止層の上面に、第２導電型ＩｎＰクラッド層と第２
導電型ＩｎＧａＡｓコンタクト層とを順次エピタキシャ
ル成長させる第３結晶成長工程とを含んでいるのがよ
い。
【００２０】第２導電型拡散防止層は、第２導電型およ
び第１導電型ＩｎＰブロック層を形成する第２結晶成長
工程で形成することができる。このため第２導電型拡散
防止層を設けるために工程数を増やす必要はなく、容易
に形成することができる。
【００２１】また、好ましくは、第１導電型用の不純物
をＳｉ2 Ｈ6 とし、第２導電型用の不純物をＤＭＺｎ
（dimetylzinc ジメチル亜鉛）とするのがよい。
【００２２】また、好ましくは、第２導電型ＩｎＰ拡散
防止層は、第１結晶成長工程での第２導電型第１ＩｎＰ
クラッド層のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有
する予備層として先ず形成し、第２導電型第２ＩｎＰク
ラッド層を成長するときに、予備層に第２導電型第２Ｉ
ｎＰクラッド層から第２導電型不純物が拡散して、この
予備層のキャリア濃度を第２導電型第２ＩｎＰクラッド
層のキャリア濃度と実質的に同じ濃度にして形成するの
がよい。
【００２３】このようにして形成すれば、第２導電型Ｉ
ｎＰ拡散防止層は、第１導電型ＩｎＰブロック層への第
２導電型不純物の拡散を好ましく抑えた後は、実質的に
第２導電型ＩｎＰクラッド層の一部とすることができ
る。したがって、従来の化合物半導体発光素子と実質的
に同じ構造の化合物半導体発光素子で、活性層へのキャ
リアの閉じ込め効果を向上させることができる。
【００２４】また、好ましくは、第２導電型ＩｎＰブロ
ック層のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3とし、第１導
電型ＩｎＰブロック層のキャリア濃度を１×１０18ｃｍ
-3とし、第２導電型ＩｎＰクラッド層のキャリア濃度を
１×１０18ｃｍ-3とし、予備層のキャリア濃度を、５×
１０17ｃｍ-3以上でかつ７×１０17ｃｍ-3以下という範
囲内の濃度として形成するのがよい。
【００２５】また、より好ましくは、予備層のキャリア
濃度を５×１０17ｃｍ-3として形成するのがよい。
【００２６】また、第２導電型ＩｎＰクラッド層のキャ
リア濃度を１×１０18ｃｍ-3とするとき、第２導電型Ｉ
ｎＰ拡散防止層のキャリア濃度を１×１０18ｃｍ-3もし
くは１×１０18ｃｍ-3周辺の濃度として形成するのがよ
い。
【００２７】これにより、予備層に第２導電型不純物が
拡散してこの予備層のキャリア濃度が上がっていき、最
終的に第２導電型ＩｎＰ拡散防止層のキャリア濃度は第
２導電型ＩｎＰクラッド層と実質的に同じ濃度になる。
このとき、第２導電型不純物の拡散は終了するので予備
層の下に位置する第１導電型ＩｎＰブロック層への第２
導電型不純物の拡散は抑えられる。また、これにより、
第２導電型ＩｎＰ拡散防止層を、化合物半導体発光素子
のなかで第２導電型ＩｎＰクラッド層の一部として働く
層とすることができる。
【００２８】また、第１導電型をｎ型とし、第２導電型
をｐ型とするのがよい。
【００２９】また、エッチングマスクをＳｉＯ2 膜もし
くはＳｉＮ膜とするのがよい。
【００３０】これらの膜はＣＶＤ法を用いて形成された
膜とするのがよい。
【００３１】また、第１結晶成長工程、第２結晶成長工
程および第３結晶成長工程における結晶成長は、気相成
長法もしくは液相成長法を用いて行われるのが好まし
い。
【００３２】気相成長法としては例えば、ＭＯＶＰＥ
（metal organic vapor-phase epitaxy)法を用いて形成
することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、図を参照してこの発明の実
施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解でき
る程度に概略的に示してあるに過ぎず、したがって発明
を図示例に限定するものではない。また、図において、
図を分かり易くするために断面を示すハッチング（斜
線）は一部分を除き省略してある。
【００３４】＜実施の形態例＞実施の形態例として、第
１導電型基板上に活性層を具え、この活性層の両側の第
１導電型基板上に下側から順に第２導電型ブロック層お
よび第１導電型ブロック層を具え、活性層および第１導
電型ブロック層の上側に第２導電型クラッド層を具え、
この第２導電型クラッド層上に第２導電型コンタクト層
を具えていて、第１導電型ブロック層と第２導電型クラ
ッド層との間に第２導電型拡散防止層が具えてある化合
物半導体発光素子の具体的な構造の一例と、その形成方
法につき図を参照して説明する。ここでは、化合物半導
体発光素子として、ＩｎＰ系ＢＨ型半導体レーザを例に
挙げる。
【００３５】図１は、この実施の形態例の化合物半導体
発光素子の主要な一部の構造を示す断面図で、ストライ
プ状の活性層の延方向在に直交する線に沿って切った切
り口を表している。また、図２および図３はこの化合物
半導体発光素子を形成する主要な工程を順に示してい
る。なお、図２および図３は、図１に対応する断面図で
示してある。
【００３６】まず、この化合物半導体発光素子であるＩ
ｎＰ系ＢＨ型半導体レーザの形成方法につき説明する。
この例では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型
とする。
【００３７】まず、第１結晶成長工程では、ｎ型（第１
導電型）基板１１上に、ＩｎＧａＡｓ（ｐ）活性層１２
とｐ型（第２導電型）第１ＩｎＰクラッド層１９ａｘと
を順次エピタキシャル成長させる。このため、ｎ型Ｉｎ
Ｐ基板１１上に、温度６１０℃、圧力５５Ｔｏｒｒとい
う条件下でＭＯＶＰＥ法を用いてまず活性層用膜１２ｘ
を形成する。ここでは、活性層用膜１２ｘは、２つのガ
イド層用膜２５ｘと、これらのガイド層用膜２５ｘに上
下の面を挟まれた量子井戸層用膜１３ｘとで構成される
（図２（Ａ））。このガイド層用膜２５ｘおよび量子井
戸層用膜１３ｘはＩｎＧａＡｓ（Ｐ）の材料で形成す
る。ガイド層用膜２５ｘと量子井戸層用膜１３ｘとでは
その組成が異なっている。活性層用膜１２ｘは量子井戸
層用膜１３ｘよりもバンドギャップが小さくなるような
組成にしてある。例えば量子井戸層用膜１３ｘの組成を
Ｉｎ0.62Ｇａ0.38Ａｓ（圧縮歪み０．６％、λg ＝１．
４μｍ）とＩｎ0.70Ｇａ0.30Ａｓ0.65Ｐ0.35との多層膜
とし、ガイド層用膜２５ｘの組成をＩｎ0.82Ｇａ0.18Ａ
ｓ0.40Ｐ0.60（λg ＝１．２μｍ）とする。
【００３８】続けて、活性層用膜１２ｘの上、したがっ
て、ここではガイド層用膜２５ｘの上に、ｐ型第１Ｉｎ
Ｐクラッド層用膜１９ａｘを、活性層用膜１２ｘの形成
と同じ、温度および圧力の条件下でエピタキシャル成長
させる。この膜１９ａｘをｐ型の層にするため、ドープ
するｐ型不純物をここではＤＭＺｎ（dimetylzinc ）と
する。そして、このｐ型第１ＩｎＰクラッド層用膜１９
ａｘのキャリア濃度を１×１０18ｃｍ-3になるように不
純物のドープ量を調整する（図２（Ａ））。
【００３９】次に、ｐ型第１ＩｎＰクラッド層用膜１９
ａｘの上側にストライプ形状のエッチングマスク２７を
設ける。ここでは、例えば、ｐ型第１ＩｎＰクラッド層
用膜１９ａｘの上面にＳｉＯ2 膜をＣＶＤ法で形成した
後、ホトリソグラフィ技術を用いてストライプ形状のＳ
ｉＯ2 膜からなるエッチングマスク２７を形成する。こ
こでは、このエッチングマスク２７の幅（ストライプの
幅）を１．８〜２．０μｍになるようにした（図２
（Ｂ））。
【００４０】次に、エッチングマスク２７から露出する
領域２７ａに対して、少なくともｎ型基板１１に達する
深さにエッチング処理を行う。この実施の形態では、ウ
ェットエッチングを用いて、少なくともｎ型ＩｎＰ基板
１１に到達する深さ、ここでは２〜３μｍの深さまでエ
ッチングを行って、これによりメサ構造（mesa structu
re) を形成する（図２（Ｃ））。エッチング処理により
残存するメサ形状の部分に、よって量子井戸層１３と、
この量子井戸層１３を挟むガイド層２５とを以て構成さ
れた活性層１２と、ｐ型第１ＩｎＰクラッド層１９ａと
が得られる（図２（Ｃ））。なお、このエッチング処理
では、エッチングマスク２７の下側を過剰にエッチング
除去する。これにより、エッチング終了後の構造体にお
いて、エッチングマスク２７はオーバーハング形状にな
る（図２（Ｃ））。
【００４１】次に、第２結晶成長工程を行う。ここでは
エッチングマスク２７から露出しているｎ型基板１１の
領域１１ａ（活性層の両側に位置するｎ型基板ともい
う。）に、ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１５とｎ型ＩｎＰ
電流ブロック層１７とｐ型ＩｎＰ拡散防止層の予備層２
３ａとを順次エピタキシャル成長させる。これらの層の
成長は、第１結晶成長工程と同じ条件（温度６１０℃、
圧力５５Ｔｏｒｒ）で、ＭＯＶＰＥ法を用いて行う。こ
のときｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１５およびｐ型拡散防
止層２３をｐ型の層にするためドープするｐ型不純物を
ＤＭＺｎとする。
【００４２】そのため、この実施の形態では、まず、Ｄ
ＭＺｎをドープしながらエピタキシャル成長を行って領
域１１ａ上にｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１５を形成す
る。ここで、ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１５は、ＤＭＺ
ｎのドープ量を調整してキャリア濃度を５×１０17ｃｍ
-3となるように、かつ膜厚が１．０〜１．５μｍになる
ように形成する。
【００４３】続いて、ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１５上
にｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１７をエピタキシャル成長
させる。この層１７をｎ型の層とするためにドープする
ｎ型不純物として例えばＳｉ2 Ｈ6 （ジシラン）を用い
る。ここでは、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１７を、ドー
プするＳｉ2 Ｈ6 の量を調整してキャリア濃度が１×１
０18ｃｍ-3となるように、かつ膜厚が０．５〜０．７μ
ｍとなるように形成する。
【００４４】この後、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層１７上
にｐ型ＩｎＰ拡散防止層２３の予備層２３ａをエピタキ
シャル成長させる。この予備層２３ａのキャリア濃度
は、ｐ型第１ＩｎＰクラッド層１９ａのキャリア濃度よ
りも低いキャリア濃度となるようにＤＭＺｎのドープ量
を調整しておく。ここでは、予備層２３ａのキャリア濃
度が５×１０17ｃｍ-3とする。また、この予備層２３ａ
の膜厚は０．１〜０．２μｍとする。また、この予備層
２３ａの上面は、好ましくは、第１クラッド層用膜１９
ａｘの上面と連続する平坦面とするのがよい。
【００４５】これらｐ型ＩｎＰ電流ブロック層１５とｎ
型ＩｎＰ電流ブロック層１７とで電流狭窄層を構成して
いて、活性層１２への効率のよい電流注入を図っている
（図２（Ｄ））。また、残存させておいたオーバーハン
グ形状のエッチングマスク２７によって、活性層１２の
両側に、図２（Ｄ）に示しているように活性層１２を好
ましく挟む形状で、電流狭窄層（１５および１７）を形
成することができる。
【００４６】次に、エッチングマスク２７を除去する。
ここでは、酸性のエッチング溶液を用いてウェットエッ
チングによりエッチングマスク２７を除去する（図３
（Ａ））。
【００４７】次に行う第３結晶成長工程では、露出して
いるｐ型第１ＩｎＰクラッド層１９ａおよびｐ型ＩｎＰ
拡散防止層２３の予備層２３ａの上面に、ｐ型第２Ｉｎ
Ｐクラッド層１９ｂとｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２
１とを順次エピタキシャル成長させる。この結晶成長
は、上述した第１および第２結晶成長工程の条件と同じ
条件（温度６１０℃、圧力５５Ｔｏｒｒ）で行う。
【００４８】まず、ｐ型第１ＩｎＰクラッド層１９ａお
よび予備層２３ａのそれぞれの上面にｐ型第２ＩｎＰク
ラッド層１９ｂを成長させる。このときのｐ型第２クラ
ッド層１９ｂのキャリア濃度はドープするＤＭＺｎの量
を調節して１×１０18ｃｍ-3となるようにする。
【００４９】続いてｐ型第２ＩｎＰクラッド層１９ｂ上
にｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２１を成長させる。こ
のコンタクト層２１のキャリア濃度はＤＭＺｎのドープ
量を調節することにより５×１０18ｃｍ-3とする（図３
（Ｂ））。このｐ型第２ＩｎＰクラッド層１９ｂとｐ型
ＩｎＧａＡｓコンタクト層２１は発光素子の抵抗値を下
げて、活性層１２に電流を注入しやすくするためにキャ
リア濃度を高くしてある。
【００５０】上述したｐ型第２クラッド層１９ｂのエピ
タキシャル成長させるときに、ｐ型拡散防止層２３の予
備層２３ａ中に成長しつつあるまたは成長した部分のｐ
型第２クラッド層１９ｂから、ｐ型不純物のＤＭＺｎが
拡散して、この予備層２３ａおよびｐ型第２クラッド層
１９ｂのキャリア濃度が実質的に等しくなる。そこで、
このｐ型第２クラッド層１９ｂが成長し終わると、ちょ
うど予備層２３ａ中のｐ型不純物のドーズ量は、キャリ
ア濃度を１×１０18ｃｍとする量となり、よって、予備
層２３ａはｐ型ＩｎＰ拡散防止層２３となる。
【００５１】以上の工程によって、図１に示す構造体が
得られる。半導体レーザにするためには、この後、ｐ型
ＩｎＧａＡｓコンタクト層２１の上面にｐ型電極２９を
設ける。またｎ型ＩｎＰ基板１１の下面側にｎ型電極３
１を設ける（図３（Ｃ））。ｐ型電極２９の材料として
は、例えばＡｕＺｎを用い、ｎ型電極３１の材料として
は、例えばＡｕＧｅＮｉを用いる。
【００５２】上述した工程で形成される、この発明の化
合物半導体発光素子の主要な構造につき、図１を参照し
て説明する。
【００５３】ｎ型基板１１上に活性層１２を具え、この
活性層１２の両側に位置するｎ型基板１１ａ上に下側か
ら順にｐ型電流ブロック層１５およびｎ型電流ブロック
層１７を具え、活性層１２およびｎ型電流ブロック層１
７の上側にｐ型クラッド層１９を具え、このｐ型クラッ
ド層１９上にｐ型コンタクト層２１を具えていて、ｎ型
電流ブロック層１７とｐ型クラッド層１９との間にｐ型
拡散防止層２３が具えてある。
【００５４】また、ｎ型基板１１、ｐ型電流ブロック層
１５、ｎ型電流ブロック層１７、ｐ型クラッド層１９お
よびｐ型拡散防止層２３を構成する材料はＩｎＰとし、
活性層１２およびｐ型コンタクト層２１を構成する材料
はＩｎＧａＡｓ（Ｐ）としてある。
【００５５】活性層１２は、ここでは、２つのガイド層
２５と、これらのガイド層２５に挟まれた量子井戸層１
３とで構成されている。このガイド層２５および量子井
戸層１３はＩｎＧａＡｓ（Ｐ）の材料で形成され、ガイ
ド層２５と量子井戸層１３とはその組成が異なるように
してある。量子井戸層１３はガイド層２５よりもバンド
ギャップが小さくなるような組成にする。例えば量子井
戸層１３をＩｎ0.62Ｇａ0.38ＡｓとＩｎ0.70Ｇａ0.30Ａ
ｓ0.65Ｐ0.35との多層膜とし、ガイド層２５ををＩｎ
0.82Ｇａ0.18Ａｓ0.40Ｐ0.60としてある。
【００５６】また、ｐ型クラッド層１９は、既に説明し
たように、ｐ型第１クラッド層１９ａとｐ型第２クラッ
ド層１９ｂとで構成されている。
【００５７】また、ｐ型電流ブロック層１５およびｎ型
電流ブロック層１７は電流狭窄層で、埋め込み型の活性
層１２に電流を効率よく注入する役割を担っている。
【００５８】ｐ型拡散防止層２３は、ｐ型クラッド層１
９のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有する予備
層としてまず形成され、この予備層にはｐ型クラッド層
１９からｐ型不純物が拡散して、最終的には実質的にｐ
型クラッド層１９のキャリア濃度と同じキャリア濃度を
有する層に変えられて得た層である。
【００５９】そして、ｐ型電流ブロック層１５のキャリ
ア濃度を５×１０17ｃｍ-3とし、ｎ型電流ブロック層１
７のキャリア濃度を１×１０18ｃｍ-3とし、ｐ型クラッ
ド層１９のキャリア濃度を１×１０18ｃｍ-3としたと
き、ｐ型拡散防止層２３となる予備層２３ａのキャリア
濃度は５×１０17ｃｍ-3以上でかつ７×１０17ｃｍ-3以
下という範囲内の濃度とする。この実施の形態例では、
予備層２３ａのキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3として
いる。
【００６０】この結果、ｐ型拡散防止層２３がｎ型電流
ブロック層１７とｐ型クラッド層１９との間に設けてあ
るために、ｐ型クラッド層１９からのｐ型不純物（ここ
ではＤＭＺｎ）の拡散をｐ型拡散防止層２３に留めて、
ｎ型電流ブロック層１７へのｐ型不純物の拡散を抑える
ことができる。このためｎ型電流ブロック層１７は、ｐ
型の不純物の混入によってｎ型キャリアが消滅してキャ
リア濃度が低下するのを防ぐことができる。これにより
電流狭窄層としての機能を保持することができ、従来よ
りも活性層１２への電流の注入効率を向上させることが
できる。
【００６１】また、ｐ型拡散防止層２３となる予備層２
３ａのキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3以上、７×１０
17ｃｍ-3以下という範囲内の濃度にすれば、キャリア濃
度１×１０18ｃｍ-3であるｐ型クラッド層１９から拡散
するｐ型不純物によって予備層２３ａのキャリア濃度が
上がる。そして、予備層２３ａのキャリア濃度がｐ型ク
ラッド層１９のキャリア濃度と実質的に同じになると
き、拡散もおさまって、この予備層２３ａより下のｎ型
電流ブロック層１７にｐ型不純物が拡散するのを防ぐこ
とができる。これにより予備層２３ａはｐ型拡散防止層
２３となる。また、ｐ型拡散防止層２３とｐ型クラッド
層１９のキャリア濃度は実質的に同じになることから、
ｐ型拡散防止層２３は、半導体レーザ中で実質的にｐ型
クラッド層１９の一部として働く層となる。よって、こ
のｐ型拡散防止層２３はｐ型クラッド層１９からｎ型電
流ブロック層１７へのｐ型不純物の拡散を抑えて、ｎ型
電流ブロック層１７の電流狭窄層としての作用効果を維
持することができる。さらにｐ型クラッド層１９の一部
となるために、半導体レーザに何ら悪影響を及ぼすこと
はない。
【００６２】このため、このＩｎＰ系ＢＨ型半導体レー
ザにおいて、高光出力を得るために１Ａ程度の高電流を
注入しても、活性層１２に流れず漏れてしまう電流を低
減することができ、電流を活性層１２に効率良く注入す
ることができるため、注入電流の活性層１２での光への
変換効率を向上させることができる。
【００６３】
【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
発明の化合物半導体発光素子によれば、ｎ型基板上に活
性層を具え、この活性層の両側のｎ型基板上に下側から
順にｐ型電流ブロック層およびｎ型電流ブロック層を具
え、活性層およびｎ型電流ブロック層の上側にｐ型クラ
ッド層を具え、このｐ型クラッド層上にｐ型コンタクト
層を具えた化合物半導体発光素子において、ｎ型電流ブ
ロック層とｐ型クラッド層との間にｐ型拡散防止層が具
えてあることを特徴とする。
【００６４】ｐ型電流ブロック層およびｎ型電流ブロッ
ク層は電流狭窄層で、埋め込み型の活性層にキャリアを
閉じこめる役割を担っている。ｐ型拡散防止層がｎ型電
流ブロック層とｐ型クラッド層との間に設けてあるため
に、ｐ型クラッド層からのｐ型不純物の拡散をｐ型拡散
防止層に留めて、ｎ型電流ブロック層へのｐ型不純物の
拡散を抑えることができる。このためｎ型電流ブロック
層は、ｐ型の不純物の混入によってｎ型キャリアが消滅
してキャリア濃度が低下するのを防ぐことができる。こ
れにより電流狭窄層としての機能を保持することがで
き、従来よりも活性層への電流の注入効率を向上させる
ことができる。
【００６５】また、化合物半導体発光素子を形成するに
あたり、ｎ型基板上に、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）活性層とｐ
型第１ＩｎＰクラッド層とを順次エピタキシャル成長さ
せる第１結晶成長工程と、ｐ型第１ＩｎＰクラッド層の
上側にストライプ形状のエッチングマスクを設け、この
エッチングマスクから露出する領域に対して少なくとも
ｎ型基板に達する深さにエッチング処理を行う工程と、
エッチングマスクから露出しているｎ型基板の領域にｐ
型ＩｎＰ電流ブロック層とｎ型ＩｎＰ電流ブロック層と
ｐ型ＩｎＰ拡散防止層とを順次エピタキシャル成長させ
る第２結晶成長工程と、エッチングマスクを除去する工
程と、露出しているｐ型第１ＩｎＰクラッド層およびｐ
型拡散防止層の上面に、ｐ型第２ＩｎＰクラッド層とｐ
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層とを順次エピタキシャル成
長させる第３結晶成長工程とを含んでいる。
【００６６】ｐ型拡散防止層は、ｐ型およびｎ型ＩｎＰ
電流ブロック層を形成する第２結晶成長工程で形成する
ことができる。このためｐ型拡散防止層を設けるために
工程数を増やす必要はなく、容易に形成することができ
る。
【００６７】したがって、この発明の化合物半導体発光
素子においては、電流狭窄層であるｐｎｐｎ構造の活性
層への電流の注入効率を従来よりも向上させることがで
きる。このため、高出力を得るために１Ａ程度の高電流
を注入しても漏れ電流を抑制して、電流を活性層へ効率
よく注入することができる。よって、注入した電流が活
性層において光に変換する効率を向上させることができ
る。
【００６８】また、実施の形態例では、活性層をガイド
層と量子井戸層とで構成される層としたが、これに限る
ものではない。活性層の周囲の電流狭窄層およびクラッ
ド層によって、層内にキャリアを閉じ込めることができ
る層であればよい。
【００６９】また、実施の形態例では、エッチングマス
クをＳｉＯ2 膜で形成したが、ＳｉＮ膜としてもよい。
また、ｐ型コンタクト層にはＩｎＧａＡｓを用いている
が、素子の抵抗を使用するのに十分な程度に小さくでき
ればＩｎＧａＡｓＰを用いてもよい。また、エッチング
マスクを用いてメサ構造を形成するエッチングは、実施
の形態例ではウェットエッチングにより行われている
が、ドライエッチングで行ってもよい。また、結晶成長
工程は、ここでは気相成長法を用いて行ったが、これに
限らず、液相成長法を用いて行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態例の説明に供する、化合物半導体発
光素子の主要部の概略的な断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）は、実施の形態例の説明に供す
る、化合物半導体発光素子の形成工程図であり、図１に
対応する断面図で示してある。
【図３】（Ａ）〜（Ｃ）は、実施の形態例の説明に供す
る、図２に続く形成工程図である。
【図４】従来技術の説明に供する、化合物半導体発光素
子の概略的な光出射端面を示す断面図である。
【符号の説明】
１１，１０１：第１導電型基板（ｎ型基板、ｎ型ＩｎＰ
基板） １１ａ，１０１ａ：エッチングマスクから露出している
ｎ型基板の領域、活性層の両側に位置するｎ型基板 １２，１０３：活性層、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）活性層 １２ｘ：活性層用膜 １３：量子井戸層、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）量子井戸層 １３ｘ：量子井戸層用膜 １５，１０７：ｐ型電流ブロック層（第２導電型電流ブ
ロック層、ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層） １７，１０９：ｎ型電流ブロック層（第１導電型電流ブ
ロック層、ｎ型電流ＩｎＰブロック層） １９，１１１：ｐ型クラッド層（第２導電型ＩｎＰクラ
ッド層、ｐ型ＩｎＰクラッド層） １９ａ：ｐ型第１クラッド層（第２導電型第１クラッド
層、ｐ型第１ＩｎＰクラッド層） １９ａｘ：ｐ型第１クラッド層用膜 １９ｂ：ｐ型第２クラッド層（第２導電型第２クラッド
層、ｐ型第２ＩｎＰクラッド層） ２１，１１３：ｐ型コンタクト層（第２導電型コンタク
ト層、ｐ型ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）コンタクト層） ２３：ｐ型拡散防止層（第２導電型拡散防止層、ｐ型Ｉ
ｎＰ拡散防止層） ２３ａ：予備層 ２５，１０５：ガイド層、ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）ガイド層 ２５ｘ：ガイド層用膜 ２７：エッチングマスク ２７ａ：エッチングマスクから露出する領域 ２９：ｐ型電極（第２導電型電極） ３１：ｎ型電極（第１導電型電極） １１５，１１７：電極

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１導電型基板上に活性層を具え、該活
    性層の両側の前記第１導電型基板上に下側から順に第２
    導電型電流ブロック層および第１導電型電流ブロック層
    を具え、前記活性層および第１導電型電流ブロック層の
    上側に第２導電型クラッド層を具え、該第２導電型クラ
    ッド層上に第２導電型コンタクト層を具えた化合物半導
    体発光素子において、 前記第１導電型電流ブロック層と前記第２導電型クラッ
    ド層との間に第２導電型拡散防止層を具えていることを
    特徴とする化合物半導体発光素子。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の化合物半導体発光素子
    において、 前記第１導電型基板、前記第２導電型電流ブロック層、
    前記第１導電型電流ブロック層、前記第２導電型クラッ
    ド層および前記第２導電型拡散防止層をそれぞれ構成す
    る材料をＩｎＰとし、前記活性層および第２導電型コン
    タクト層をそれぞれ構成する材料をＩｎＧａＡｓとする
    ことを特徴とする化合物半導体発光素子。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の化合物半導体発光素子
    において、 前記第２導電型拡散防止層は、前記第２導電型クラッド
    層のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有する予備
    層として最初に形成され、該予備層に前記第２導電型ク
    ラッド層から第２導電型不純物が拡散して、最終的には
    該予備層が実質的に前記第２導電型クラッド層のキャリ
    ア濃度と同じキャリア濃度を有する層に変わって得られ
    た層とすることを特徴とする化合物半導体発光素子。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載の化合物半導体発光素子
    において、 前記第２導電型電流ブロック層のキャリア濃度を５×１
    ０17ｃｍ-3とし、前記第１導電型電流ブロック層のキャ
    リア濃度を１×１０18ｃｍ-3とし、前記第２導電型クラ
    ッド層のキャリア濃度を１×１０18ｃｍ-3としたとき、
    前記予備層のキャリア濃度は５×１０17ｃｍ-3以上でか
    つ７×１０17ｃｍ-3以下という範囲内の濃度とすること
    を特徴とする化合物半導体発光素子。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載の化合物半導体発光素子
    において、 前記予備層のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3とするこ
    とを特徴とする化合物半導体発光素子。
  6. 【請求項６】 請求項３に記載の化合物半導体発光素子
    において、 前記第２導電型クラッド層のキャリア濃度を１×１０18
    ｃｍ-3としたとき、前記第２導電型拡散防止層のキャリ
    ア濃度を１×１０18ｃｍ-3もしくは１×１０18ｃｍ-3周
    辺の濃度とすることを特徴とする化合物半導体発光素
    子。
  7. 【請求項７】 請求項１〜６のうちのいずれか一項に記
    載の化合物半導体発光素子において、 前記第１導電型をｎ型とし、および前記第２導電型をｐ
    型とすることを特徴とする化合物半導体発光素子。
  8. 【請求項８】 化合物半導体発光素子を形成するにあた
    り、 第１導電型基板上に、ＩｎＧａＡｓ活性層と第２導電型
    第１ＩｎＰクラッド層とを順次エピタキシャル成長させ
    る第１結晶成長工程と、前記第２導電型第１ＩｎＰクラ
    ッド層の上側にストライプ形状のエッチングマスクを設
    け、該エッチングマスクから露出する領域に対して少な
    くとも前記第１導電型基板に達する深さにエッチング処
    理を行う工程と、 前記エッチングマスクから露出している第１導電型基板
    の領域に第２導電型ＩｎＰ電流ブロック層と第１導電型
    ＩｎＰ電流ブロック層と第２導電型ＩｎＰ拡散防止層と
    を順次エピタキシャル成長させる第２結晶成長工程と、 前記エッチングマスクを除去する工程と、 露出している前記第２導電型第１ＩｎＰクラッド層およ
    び前記第２導電型拡散防止層の上面に、第２導電型第２
    ＩｎＰクラッド層と第２導電型ＩｎＧａＡｓコンタクト
    層とを順次エピタキシャル成長させる第３結晶成長工程
    とを含んでいることを特徴とする化合物半導体発光素子
    の形成方法。
  9. 【請求項９】 請求項８に記載の化合物半導体発光素子
    の形成方法において、 前記第１導電型用の不純物をＳｉ2 Ｈ6 とし、第２導電
    型用の不純物をＤＭＺｎ（dimetylzinc ジメチル亜鉛：
    Ｚｎ（ＣＨ3 ）2 ）とすることを特徴とする化合物半導
    体発光素子の形成方法。
  10. 【請求項１０】 請求項８に記載の化合物半導体発光素
    子の形成方法において、 前記第２導電型ＩｎＰ拡散防止層は、 前記第１結晶成長工程での前記第２導電型第１ＩｎＰク
    ラッド層のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度を有す
    る予備層として先ず形成し、 前記第２導電型第２ＩｎＰクラッド層を成長するとき
    に、前記予備層に前記第２導電型第２ＩｎＰクラッド層
    から第２導電型不純物が拡散して、該予備層のキャリア
    濃度を前記第２導電型第２ＩｎＰクラッド層のキャリア
    濃度と実質的に同じ濃度にして形成することを特徴とす
    る化合物半導体発光素子の形成方法。
  11. 【請求項１１】 請求項８に記載の化合物半導体発光素
    子の形成方法において、 前記第２導電型ＩｎＰ電流ブロック層のキャリア濃度を
    ５×１０17ｃｍ-3とし、前記第１導電型ＩｎＰ電流ブロ
    ック層のキャリア濃度を１×１０18ｃｍ-3とし、前記第
    ２導電型ＩｎＰクラッド層のキャリア濃度を１×１０18
    ｃｍ-3とし、前記予備層のキャリア濃度を、５×１０17
    ｃｍ-3以上でかつ７×１０17ｃｍ-3以下という範囲内の
    濃度として形成することを特徴とする化合物半導体発光
    素子の形成方法。
  12. 【請求項１２】 請求項８に記載の化合物半導体発光素
    子の形成方法において、 前記予備層のキャリア濃度を５×１０17ｃｍ-3として形
    成することを特徴とする化合物半導体発光素子の形成方
    法。
  13. 【請求項１３】 請求項１０に記載の化合物半導体発光
    素子の形成方法において、 前記第２導電型クラッド層のキャリア濃度を１×１０18
    ｃｍ-3とするとき、前記第２導電型拡散防止層のキャリ
    ア濃度を１×１０18ｃｍ-3もしくは１×１０18ｃｍ-3周
    辺の濃度として形成することを特徴とする化合物半導体
    発光素子の形成方法。
  14. 【請求項１４】 請求項８に記載の化合物半導体発光素
    子の形成方法において、 前記エッチングマスクをＳｉＯ2 膜もしくはＳｉＮ膜と
    することを特徴とする化合物半導体発光素子の形成方
    法。
  15. 【請求項１５】 請求項８に記載の化合物半導体発光素
    子の形成方法において、 前記第１結晶成長工程、前記第２結晶成長工程および前
    記第３結晶成長工程における結晶成長は、気相成長法も
    しくは液相成長法を用いて行われることを特徴とする化
    合物半導体発光素子の形成方法。
  16. 【請求項１６】 請求項８〜１５のうちのいずれか一項
    に記載の化合物半導体発光素子の形成方法において、 前記第１導電型をｎ型とし、および前記第２導電型をｐ
    型とすることを特徴とする化合物半導体発光素子の形成
    方法。
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