TWI344710B - Method for manufacturing semiconductor optical device - Google Patents

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1344710 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ^本發明係關於半導體光元件的製造方法，係屬於供製 造出動作時的元件電阻值與設計值一致的半導體光元件。 【先前技術】 半導體雷射已廣泛利用於諸如：光碟機、掃描器、影 _ 印機等方面。此種半導體雷射係有提案如曰本專利特開平 .11-307810號公報所記載的半導體雷射。該半導體雷射的 特徵係有下述二項：第一係在接觸層與覆蓋層之間導入 具有二者中間能帶間隙的中間能帶間隙層（以下稱 「BDR(Band Discontinuity Reduction)層」），俾利用能 帶不連續緩和而降低元件電阻；第二係在接觸層中摻雜入 c ’俾降低接觸層與電極間之接觸電阻。 [專利文獻1 ]日本專利特開2005-85848號公報 φ [專利文獻2]曰本專利特開平1 0-308551號公報 [專利文獻3]曰本專利特開2〇〇1_144322號公報 [專利文獻4]曰本專利特開平n_3〇781〇號公報 【發明内容】 (發明所欲解決之課題） 上述習知半導體雷射中，經摻雜入BDR層中的雜質將 有對接觸層進行熱擴散的情況，該熱擴散便是在接觸層成 長時及成長後因施行熱處理而產生。藉由利用熱擴散而降 2118-9062-PF 5 ^44710 :_層的雜質密度’便將使半導體光元件動作時的元件

電阻值上升0么士要猫^ φ目I ，、.°果將出現動作時的元件電阻未能與設計值 呈一致的問題。 發明係為解決如上述課題而完成，目的在於提供藉 :抑制雜質從綱層朝接觸層進行擴散，便使動作時二 牛電阻值與設計值呈—致的半導體光元件。 (解決課題之手段）

一導電型 層形成步 特徵在於包括：形成經雜質摻雜且屬於第 _(Band Discontinuity ReducU〇n)層的臟 驟； ，鄰接上述BDR層，在上述_層成長後進行沉積，而 形成供成為電極，且經摻雜與上述雜質相同雜質之第 電型接觸層的接觸層形成步驟；以及 在上述接觸層形成步驟後施行熱處理的熱處理步驟。 發明效果 藉由本#明便可使動作時的纟件電阻與言史計值呈— 致。 【實施方式】 實施形態1 第1圖所不係本實施形態的半導體雷射構造說明圖。 第1圖中就各層所賦予的元件符號係與第2@所示圖表中 的左側編號一致。第2 HI仫44 « a " 禾Z圖係圮載者各層的名稱、材料、摻 質、載子濃度、及厚度的眘％。 γ ,. 吁及扪貝讯。以下，針對各層進行說明。

2118-9062-PF 6 1344710 首先，在GaAS基板1上’形成由經摻雜η型換質si 之s卜GaAs所構成緩衝層2。接著’形成同樣經換雜si 的Sl_InGaP所構成覆蓋層3。然後，形成同樣經摻雜Si 的S卜A1GaAs所構成覆蓋層4β此處所謂「緩衝層」係為 提高基板上的元件結晶性而形成。覆蓋層主要係負責提高 引導層與量子井層的載子密产…及將主動層的光封鎖。 此外’當作摻f使用的Sl，尚可為Te、Se等’均不致改 變本發明的效果。接著，形成由未掺雜入摻㈣αι(^ 所構成引導層5。然後’形成同樣未捧雜入接質的八驗 所構成井$ 6。接著’形成同樣未推雜入推質的Μ· 所構成引導層7。此處所謂「井層」係指利用載子再結合 而釋放出光的層。此外，所冑「引導層」係指主要將前述 光封鎖於主動層中的層。 接著，形成由經摻雜入P型摻質Zn的p型導電型 Zn A1 GaAs所構成覆蓋層8。然後，同樣的形成由經摻雜 •入以的仏―InGaP所構成覆蓋層9。之後，同樣的形成由 由j摻雜入Zn的Zn-AiGaInP所構成覆蓋層1〇。然後，積 广著同樣由經摻雜入Zn的Zn-1nGaP所構成bdr層1卜然 後，形成由同時摻雜入（：與Zn的p型導電型c_Zn_GaAs 所構成接觸層12。經摻雜入接觸層12中的C將有助於在 接觸層上形成良好的歐姆電極◊此外，摻雜入接觸層12 中的Zn主要係發揮防止從B⑽層11發生Zn擴散的效果。 第3圖所示係實際製造步驟中，製造本實施形態半導體 雷射流裎的部分說明圖。使用MOCVIKMetalorganic 2118-9062-PF 7 1344710

Chemical Vapor Deposition)法，從緩衝層2起依序沉積 各層。形成各層的原材料係係可使用諸如：三甲基姻 (TMI)二曱基鎵（TMG)、二甲基 |呂（TMA)、膦（PH3)、胂 (AsH3)、矽烷（SiH4)、二甲鋅（DMZn)、二乙鋅（DEZn)等。

將該等材料與氫氣進行混合後，再利用流量控制器（MFC) 等進行流量控制而成長，便可獲得從緩衝層2起至p_BDR 層11的各層（步驟100)。當步驟100中所示各層在結晶成 長之際，將對元件施加熱。接著，形成贮接觸層12(步驟 102)。在步驟1〇2中將對元件施加熱。接觸層12基本上 亦是依照上述方法形成，但掺質係同時摻雜c與&。Zn η 對Ρ-接觸層12的摻雜係藉由供應二曱鋅（DMZn)、 (DEZn)而實施。另―方面，c的摻雜係藉由將成長溫度設 定為540°C左右，並將V/III(AsH3對TMG的流量比）設定 為1左右而實施，此係利用從緣自TMG令所含甲基遊離的 c，將被吸入GaAs層中之現象的方法。此種c推雜的方法 已屬周知技術，就無需導入特別材料的觀點將具優勢。（以 下’將該摻雜方法稱「Intrinsic摻質導人法」。相對於 此，將如本實施形態的Zn摻雜，積極添加摻質材料的摻 雜方法，稱「intentionally摻質導入法」）。 其次，依步驟104施行熱處理。步驟1〇4的熱處理中 之熱，係在p-接觸層成長後，從M0CVD裝置中取出GaAs 基板後，於元件製作中對元件所施加的熱。 本實施形態的構造係如上述。本發明的特徵係在 接觸層令除摻雜C之外，尚掺雜入Zn。為說明其意義，便

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針對在p-接觸層中未摻雜Zn，具有第4圖所示構造的半 導體雷射（以下稱「比較例」）進行說明。比較例的構造不 同於第2圖所示本發明相關構造之處，僅在於^接觸層中 除C之外，並未具有Zn。所以，比較例係在？_接觸層形 成步驟中，除氣體流量比之外，均與採用第3圖所說明的 製造步驟為相同的步驟進行製造。即，比較例亦是存在有 依第3圖所示步驟} 02而施加給元件的熱、及利用步驟I μ _ 的熱處理而施加給元件的熱（以下將前述2種熱稱「步驟 起因熱」。比較例中，將因該步驟起因熱，而發生 層摻質的Zn對p-接觸層進行擴散的情況。因而，pBDR 層中的摻質密度將降低，將出現元件電阻較設計所預設值 (以下稱「設計值j )增加的問題。 第2圖所示本實施形態半導體雷射，將可防止經推雜 入P-BDR層中的摻質，因步驟起因熱而造成擴散情形。該 擴散防止係藉由在p-接觸層令’與C 一起摻雜的摻質（以 鲁下稱「擴散抑制摻質」）Zn所產生之效果1，因步驟起 因熱所引發，經摻雜入p-BDR層中的Zn對 散，將因擴散抑制摻質…受抑•卜為:二= 果’擴散抑制換質將需要與摻雜入P_BDR層中的摻質相 同。故，本實施形態中將摻雜入擴散抑制摻質的Zn。 根據第2圖所示本實施形態的構造，利用擴散抑制推 質的效果’將可抑制p_BDR層的摻質擴散。藉此，便可防 止因 p-BDR層的摻質痒：庶胳 J砂*在度降低而造成的元件電阻增加情 形。即’元件電阻將可與設計值—致。 2118-9062-PF 9 丄344710 另外’ P-接觸層的載子濃度僅依c的作用而言，最好 2〇· 〇 40· 〇(Ei8/cm3)。尤以擴散抑制摻質的量係等於 P-BDR層的摻雜量為佳。然而，若擴散抑制摻質存在接觸 層中便可無關於擴散抑制摻質的量、與擴散抑制摻質的 分佈’均可獲得本發明的效果。 本實施形態中，P-覆蓋層8、p_覆蓋層9、p覆蓋層 w、p-BDR層11的摻質、以及p_接觸層12的擴散抑制摻 眷質係設為Zn，惟本發明並不僅侷限於此。即，亦可非為矿 述的Zn，即使如第5圖、第6圖所示，利用p型摻質= Mg或Be均可獲得本發明的效果。此情況下，Mg與分 別係利用環戊二烯鎂（Cp2Mg)、環戊二烯鈹（Cp2Be)進行= 雜。此處，就Mg或Be的情況亦是載子濃度僅依c的作用 而言，最好20.0-40.0(E18/cm3)。尤以擴散抑制摻質的量 等於P-BDR層的摻雜量為佳。若擴散抑制摻質存在於接觸 層中，便可無關擴散抑制摻質的量、與擴散抑制摻質的分 _ 佈’均可獲得本發明的效果。 本貫施形態係設定為具備1層井層的單一量子井構 造，惟本發明並不僅侷限此。即，即使由複數井層構成的 多層量子井構造’仍可獲得本發明的效果。 本實施形態的引導層5、7與井層6係設定為A1GaAs, 惟本發明並不僅侷限此。即，只要係屬於由引導層/井層/ 引導層構成的量子井構造，且雷射振盪波長為 775rnn-785nm帶域的話，不管何種材料組合均可獲得本發 明的效果。 2118-9062-PF 10 1344710 本實施形態中，覆蓋層3的材料係設為I nGaP，惟本 發明並不僅侷限此。即，即便覆蓋層3的材料係A1 Ga 1 nP， 仍可獲得本發明的效果。 本實施形態中’ C對接觸層13的摻雜方法係採用前述 Intrinsic摻質導入法，惟本發明並不僅侷限此。即，即 便對接觸層13供應諸如四氣化碳（CC14)、四氣化溴（CBr4) #，而施行C摻雜（Intentionally摻質導入法），亦可獲 得本發明的效果。 第7圖所示係典型脊狀導波型雷射’具備有p_BDR層 50與p-接觸層52。本發明即便使用此種半導體雷射仍可 獲得效果。此外’第8圖所示係典型具有電流狹窄構造的 埋藏式雷射，具備有p-BDR層54與p-接觸層56。本發明 即便使用此種半導體雷射仍可獲得效果。 本實施形態中雖例示半導體雷射的例子，惟本發明並 不僅侷限此。即，即便諸如LED(Light_Emitting Di()de) 等半導體光元件，因為擴散抑制摻質對經摻雜入BDR層中 之摻質擴散的抑制效果係相同，因此將可獲得本發明的效 果。 本實施形態中，半導體雷射係如第2圖所示，記載著 振盪波長775-785nm左右，惟本實施形態並不僅侷限於 此。即，即使如第9、10、n圖所示的振盪波長125〇 —158〇nm 左右之半導體雷射，擴散抑制摻質的效 將可獲得本發明的效果。另外，“、1〇、u、丄半導 體雷射中，材料系係舉例如InGaAsP，但亦可為AlGalnAs。 2118-9062-PF 11 1344710 此外，即使η型摻皙禆免ς w & & π α 土修員係除b以外的物質仍不致改變本發明 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明實施形態1的半導體光元件之外觀說 明圖。 第2圖係相關本發明實施形態！的半導體光元件，依 775-785ΠΠ1左右的波長進行振盪，且採用p型摻質的zn 之說明圖。 第3圖係本發明實施形態！的半導體光元件之製造方 法的部分說明圖。 第4圖係本發明實施形態1的比較例說明圖。 第5圖係相關本發明實施形態}的半導體光元件依 775-785nm左右的波長進行振盪，且採用p型摻質的Mg 之說明圖。 第6圖係相關本發明實施形態丨的半導體光元件依 775-785nm左右的波長進行振盪，且採用p型摻質的Be 之說明圖。 第7圖係脊狀導波型雷射的外觀圖。 第8圖係具有電流狹窄構造的埋藏式雷射之外觀圖。 第9圖係相關本發明實施形態1的半導體光元件，依 1250-158 Onm左右的波長進行振盪，且採用p型摻質的ge 之說明圖。 第1 0圖係相關本發明實施形態1的半導體光元件， 2118-9062-PF 12 1344710 且採用ρ型摻質的 的半導體光元件， 且採用ρ型摻質的 依1 250-1580nm左右的波長進行振盪 Zn之說明圖。 第11圖係相關本發明實施形態1 依1250-158 Onm左右的波長進行振盪，

Mg之說明圖。 【主要元件符號說明】 1基板 2 緩衝層 3、4、8、9、i 0 n ιυ 覆盍層 6井層 5 ' 7引導層 11 ' 5() ' 54 ρ-BDR 層 12 ' 52 ' 56 Ρ-接觸層

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Claims (1)

1344710 第096129609號 100年4月20曰更正替換頁 十、申請專利範圍： 方法’其特徵在於包括：

經摻雜該第一雜質與c，屬於第一導電型 1. 一種半導體光元件的製造方法 形成經摻雜第一雜質且屬於第 接觸層的接觸層形成步驟；以及 在該接觸層形成步驟後施行熱處理的熱處理步驟。 2. 如申請專利範圍第丨項之半導體光元件的製造方 法，其中，該第一導電型係p型； 占玄第一雜質係Mg、Be、Zn中之任一雜質； 該接觸層係GaAs ; 該BDR層係I nGaP。 3. 如申請專利範圍第1項之半導體光元件的製造方 法，其中，該第一導電型係p型： 該第一雜質係Mg、Be、Zn中之任一雜質； 該接觸層係InGaAs; 該 BDR 層係 inGaAsP。 4. 如申請專利範圍第1至3項任一項之半導體光元件 的製造方法，其中，該C係利用】ntrinsic摻質導入法施 行摻雜。 2118-9062-PF1