JP3697304B2 - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3697304B2 JP3697304B2 JP33042595A JP33042595A JP3697304B2 JP 3697304 B2 JP3697304 B2 JP 3697304B2 JP 33042595 A JP33042595 A JP 33042595A JP 33042595 A JP33042595 A JP 33042595A JP 3697304 B2 JP3697304 B2 JP 3697304B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- compound semiconductor
- cladding layer
- mainly composed
- compound
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 131
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 120
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 62
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 32
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 22
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 16
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 10
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 148
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 13
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 9
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 7
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 6
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 125000000026 trimethylsilyl group Chemical group [H]C([H])([H])[Si]([*])(C([H])([H])[H])C([H])([H])[H] 0.000 description 4
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N selenium;zinc Chemical compound [Se]=[Zn] SBIBMFFZSBJNJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- KZLUHGRPVSRSHI-UHFFFAOYSA-N dimethylmagnesium Chemical compound C[Mg]C KZLUHGRPVSRSHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 2
- QBJCZLXULXFYCK-UHFFFAOYSA-N magnesium;cyclopenta-1,3-diene Chemical compound [Mg+2].C1C=CC=[C-]1.C1C=CC=[C-]1 QBJCZLXULXFYCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DLPASUVGCQPFFO-UHFFFAOYSA-N magnesium;ethane Chemical compound [Mg+2].[CH2-]C.[CH2-]C DLPASUVGCQPFFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 2
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- -1 for example Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/45—Ohmic electrodes
- H01L29/452—Ohmic electrodes on AIII-BV compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザーおよびその製造方法に係り、特に、マグネシウム(Mg)をドーピング材料または構成材料として用いた化合物半導体層を有する半導体レーザーに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、GaAs,InP,GaInAlP等のIII-V族化合物半導体は、有機金属気相成長(MOCVD)法により制御性よく成長することが可能となっており、半導体レーザーや発光ダイオードの構成材料として広く利用されている。
【0003】
III-V族化合物半導体のp型ドーパントとして、MOCVD法においては一般にZnが用いられている。Znは、GaAsのp型ドーパントとして用いた場合には、ほぼ良好なドーピング特性を示す。しかしながら、InP,GaInAlPなどのPを含むIII-V族化合物半導体のドーパントとしてZnを用いた場合には、この化合物半導体中へのZnの取り込まれ率が低いので所望の量をドープすることが困難である。しかも、Znは活性化率が低く、層内での拡散が速いために制御性にも劣る。
【0004】
Znに代わるp型ドーパントとしては、Be,Mgなどが考えられる。Beは、分子線エピタキシャル(MBE)法においてはp型ドーパントとして良好な特性を示している。しかしながら、有機Be化合物は強い毒性を有しているので、MOCVD法においてドーパントとして使用することは極めて困難である。一方、Mgの直鎖型有機金属化合物であるジメチルマグネシウムおよびジエチルマグネシウム等は、毒性を有していないが、自己会合性が非常に強いので単体で存在しない。このため、このようなMgの直鎖型有機金属化合物は、ドーピング用原料として適していない。
【0005】
そこで最近、蒸気圧の比較的高いビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2 Mg)が、Mgドーピング用原料として用いられつつある。しかしながら、このCp2 Mgは、結晶成長装置内に残留するというメモリー効果を有しているので、ドーピング制御が非常に困難である。DH(ダブルヘテロ)レーザ素子においては、0.1μmの膜厚中で3桁以上の濃度変化が要求されるにもかかわらず、現在のところ、このように急峻な濃度変化は確保できていない。また、蒸気圧を高めるために、シクロペンタ環にメチル基を付与したビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム[(CH3 )Cp2 Mg]をドーパントとして用いた例もあるが、この場合にも、ドープ層とアンドープ層との界面において、Mgの急峻な濃度変化は得られていない。
【0006】
しかも、所定の半導体層の抵抗値を小さくするために、p型ドーパントとしてのMgは多量にドープしなければならない。例えば、0.5Ω・cm〜10Ω・cm程度の抵抗値を得るためには、5×1018/cm3 〜5×1019/cm3 程度の濃度でMgをドープする必要がある。このように多量にMgをドープした場合には、レーザーの性能が低下し、特に活性層の厚さが5nm以下と小さい半導体レーザーの場合に、動作電流等に大きな影響が及ぼされる。
【0007】
なお、Mgは III-V族化合物半導体のp型ドーパントとしてのみならず、II−VI族化合物半導体などの化合物半導体層の構成材料の1つとして用いられることもある。この場合においても、前述と同様の理由でMg組成を高精度に制御することは困難であった。
【0008】
MgをII−VI族化合物半導体中に含有させる場合には、Mgの量は10%以上であることが、動作電流低減、短波長化の点で好ましい。しかしながら、このような量でMgを含有させたII−VI族化合物半導体を主成分とする半導体レーザーは、十分な信頼性を得ることが困難である。特に、活性層の厚さが5nm未満と薄い半導体レーザーの場合には、動作電流増大等の性能の低下は著しい。
【0009】
このように、Mgの単純なアルキル化合物であるジメチルマグネシウム、ジエチルマグネシウムは蒸気圧が低いので、これらの化合物は、MOCVD法によって化合物半導体層を成長する際のMg原料として適していない。一方、シクロペンタ環を有するMg化合物は、メモリー効果が高いため、化合物半導体層中のMg組成またはMgドーピング量を高精度に制御することは困難であった。
【0010】
すなわち、Mgドープされた III-V族化合物半導体を主成分とする半導体レーザーは、p型クラッドの抵抗値を低下させるためにMg量を増加させた場合には、発光層の効率等の特性が低下して、最悪の場合には動作が不可能となってしまう。また、Mgを構成材料の一部として含有するII−VI族化合物半導体を主成分とする半導体レーザーにおいても、クラッド層へ導入するMg量を増加させると、同様の問題が生じていた。
いずれの場合も、半導体層におけるMg量を増加させると、半導体レーザーの特性が低下し、十分な信頼性が得られないという問題を有していた。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、p型ドープ層が所望の抵抗値を有するとともに、優れた性能を有する III-V族化合物半導体を主成分とする半導体レーザーを提供することにある。
【0012】
また、本発明の他の目的は、上下のクラッド層中に十分な量のMgを含有し、かつ、高められた信頼性を有するII−VI族化合物半導体を主成分とする半導体レーザーを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、基板、前記基板上に形成され、 III-V族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層、下部クラッド層の直上に形成され、 III-V族化合物半導体を主成分とする活性層、および、活性層上に形成され、 III-V族化合物半導体を主成分とする上部p型クラッド層を有する発振波長450nm以下の半導体レーザーにおいて、前記上部p型クラッド層中に、MgとSiとが含有されていることを特徴とする半導体レーザが提供される。
【0014】
かかる半導体レーザーは、基板上に、 III-V族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層を形成する工程、前記下部クラッド層の直上に、 III-V族化合物半導体を主成分とする活性層を形成する工程、および、前記活性層の直上に、 III-V族化合物半導体を主成分とする上部p型クラッド層を形成する工程を具備し、前記上部クラッド層を形成する際のp型ドーパントガスとして、Si原子にメチル基Meが3個結合した(Me3 Si−)を有する有機Mg化合物を用いることを特徴とする方法によって製造することができる。
【0015】
また、本発明によると、基板、前記基板上に形成され、Mgを含有するII−VI族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層、前記下部クラッド層の直上に形成され、II−VI族化合物半導体を主成分とする活性層、および、前記活性層の直上に形成され、Mgを含有するII−VI族化合物半導体を主成分とする上部p型クラッド層を有し、前記下部クラッド層の活性層に接する側、および上部p型クラッド層の活性層に接する側の少なくとも一方にSiが含有されていることを特徴とする半導体レーザーが提供される。
【0016】
かかる半導体レーザーは、基板上に、Mgを含有するII-VI族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層を形成する工程、前記下部クラッド層の直上に、II-IV族化合物半導体を主成分とする活性層を形成する工程、および前記活性層の直上に、Mgを含有するII-IV族化合物半導体を主成分とする上部p型クラッド層を形成する工程を具備し、前記上部および下部クラッド層を形成する際のMg原料ガスとして、Si原子にメチル基Meが3個結合した基(Me3Si−)を有する有機Mg化合物を使用することを特徴とする方法により製造することができる。
さらに本発明によると、基板、前記基板上に形成され、 III-V 族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層、下部クラッド層の直上に形成され、 III-V 族化合物半導体を主成分とする活性層、および活性層の直上に形成され、 III-V 族化合物半導体を主成分とする上部p型クラッド層を有する半導体レーザーにおいて、前記上部p型クラッド層はAlGaNからなり、当該上部p型クラッド層中にMgとSiとが含有されていることを特徴とする半導体レーザーが提供される。
【0017】
本発明者らは、 III-V族化合物半導体層に多量のMgをドープした際に生じる信頼性の低下は、このMgが層内を拡散して、ドープ層とアンドープ層との間に急峻な界面が得られないことに起因すると考え、鋭意研究した結果、ドープ層中にSiを存在させることによって、Mgの拡散を抑制し得ることを見出だした。すなわち、ある特定の半導体層の抵抗値を所定の程度まで小さくするためには、その層に含有されるMg量は1018/cm3 のオーダー以上であることが要求されるが、この場合には、Mgは隣接する層との界面を越えて拡散してしまう。そのため、ドープ層とアンドープ層との間には急峻な界面が得られず、半導体レーザーの信頼性を低下させる原因となっていた。
【0018】
本発明の半導体レーザーにおいては、Siをpドープ層中にMgとともに存在させているので、pドープ層におけるMgの拡散を抑制することができる。特に、Mg量に相当する量のSiをドープ層中に含有させることによって、より効果的にMgの拡散を抑制することができる。したがって、 III-V族化合物半導体層中に5×1018/cm3 以上のSiを含有させた場合には、5×1018/cm3 以上のMgをこの層に含有させても、隣接する層へのMgの拡散は抑制される。すなわち、多量のMgをドープすることによって所望の抵抗値を得るとともに、SiによりMgの拡散を抑制することによってドープ層とアンドープ層との界面の急峻性を確保できる。このため、かかる半導体を主成分とする半導体レーザーの信頼性の低下を防止することが可能となる。
【0019】
また、II−VI族化合物半導体層の構成材料の一部として、多量のMgを含有させた場合に生じる半導体レーザーの信頼性の低下について、本発明者らは次のように考察した。すなわち、多量のMgが含有されたII−VI族化合物半導体層と、この半導体層に隣接し、かつMgが含有されないII−VI族化合物半導体層との界面に歪みが生じやすくなる。その結果、転位等の欠陥が発生して、かかる化合物半導体を主成分とする半導体レーザーの信頼性を低下させる。MgとともにSiを半導体層内に含有させた場合には、Siは、隣接する層との界面側に集まってSiリッチな領域が形成される。このSiリッチな領域によって、前述の界面における欠陥や歪みの発生が抑制されると考えられる。したがって、II−VI族化合物半導体を主成分とする半導体レーザーの信頼性を向上させることが可能となる。
【0020】
本発明においては、 III-V族化合物半導体またはII−VI族化合物半導体に、p型ドーパントとしてのMgまたは構成材料としてのMgをドープする場合には、原料ガスとして、Siを含有する化合物とMgを含有する化合物との2種類の原料ガスを使用することができる。Siを含有する化合物としては、例えば、SiH4 、Si2 H6 等のSi水素化物、またはSi(CH3 )4 等の有機金属Si化合物が挙げられ、Mgを含有する化合物としては、例えば、Cp2 Mg、メチルCp2 Mg、およびエチルCp2 Mg等が挙げられる。
【0021】
なお、Siを含有する原料ガスの流量は、Mgを含む原料ガスの流量に応じて決定することができる。 III-V族化合物半導体層中でのMgの拡散を抑制するためには、Mg量に相当する量のSiが存在することが必要とされるので、所望のMg量に応じてSi原料の供給量を選択する。例えば、Mg原料としてのCp2 Mgの流量を0℃で10〜100cc/分とする場合には、Si原料としてのSiH4 の流量も10ppmの濃度にて10〜100cc/分とすることが好ましい。
【0022】
所定の化合物半導体層にSiとMgとを含有する本発明の半導体レーザーの製造に当たっては、MgとSiとを含有する化合物を原料ガスとして用いてもよく、かかる化合物としては、Si原子にメチル基Meが3つ結合した(Me3 Si−)を有する有機Mg化合物が有効である。
【0023】
以下、有機Mg化合物について詳細に説明する。この有機Mg化合物は、MgとSiとを含んでいるので、必要とされる原料ガスが1種類ですむのみならず、以下のような利点を有する。本発明者らは、Cp2 Mgのメモリー効果は、Mg化合物の本質的な問題ではなく、シクロペンタ環を有するMg化合物に特有な問題であると考えた。したがって、シクロペンタ環を持たないMg化合物を原料ガスとして用いれば、メモリー効果を回避することができる。しかしながら、MOCVD法の原料ガスとして一般に用いられるような直鎖型のアルキルMg化合物は、前述のように自己会合性が強いために単体では存在していない。
【0024】
本発明者らは、有機Mg化合物の中でも嵩高く対称性のよい基が付与されている場合に、単体で存在しかつ、十分に高い蒸気圧をもつ化合物があることを見出だした。[(Me3 Si)2 N]2 Mgは、そのような物質のうちの一つであり、融点が116℃であるために十分な蒸気圧を確保できる。したがって、この[(Me3 Si)2 N]2 Mgは、p型ドーパントおよびMg原料として、特に好ましい物質である。この化合物は、下記化1に示す式(1)で表わされる。
【0025】
【化1】
【0026】
この化合物は、Nを含むIII-V族化合物半導体にMgドーピングを行う際のドーピング用原料として、著しい効果を発揮する。通常、Nを含むIII-V族化合物半導体にMgドーピングを行う場合には、Mgに同伴してHが取り込まれると考えられている。ドープ層中にHが混入すると、p型ドーパンドの活性化率を低下させてしまうので、ドープ層へのHの混入は極力避なければならない。上述の式(1)で表わされる化合物は、それ自体にMg−N結合を有しているので、Hの混入を抑制することができ、有効なMgドーピングが可能である。しかも、この化合物中に含まれるトリメチルシリル基は、Si原子にメチル基が3個付与した基であるため嵩高く立体的であるとともに対称性がよい。このため、(Me3 Si−)基は、他の物質に結合することによって安定な物質を形成する。
【0027】
かかる有機Mg化合物を原料ガスとして用いて、 III-V族化合物半導体からなるp型クラッド層をMOCVD法により形成することによって、このドープ層にはMgとともにSiが取り込まれる。SiはMgの拡散を抑制し、それによって、ドープ層とアンドープ層との間には急峻な界面が形成される。
【0028】
しかも、この有機Mg化合物は、十分に高い蒸気圧を有するとともに、メモリー効果がないので、ドープ層とアンドープ層との界面の急峻性をよりいっそう高め、再現性のよいドーピングを行なうことができる。
【0029】
また、前述の有機Mg化合物を、II−VI族化合物半導体からなるクラッド層へMgを導入する際の原料として用いた場合にも、この化合物中のSiはMgとともにドープ層中に取り込まれる。Siは、クラッド層の活性層側に集中して、Siリッチな領域が形成され、これによって、クラッド層/活性層界面での歪みや欠陥の発生が抑制される。
【0030】
このII−VI族化合物半導体の場合においても、 III-V族化合物半導体の場合と同様に、Mgの組成制御を再現性よく行なうことができる。
なお、上述のような化合物半導体層へのSiの取り込みは、Siを含有するガスとMgを含有するガスとの2種類の原料ガスを用いた場合にも、同様に生じると考えられる。
【0031】
すなわち、pドープされた III-V族化合物半導体層からなるクラッド層中、およびMgを含有するII−VI族化合物半導体層からなるクラッド層中にSiを含有させることによって、信頼性の高い半導体レーザーが得られる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
まず、原料ガスとして[(Me3 Si)2 N]2 Mgを用いて、MOCVD法によりGaN層中にMgドーピングを行った後、このGaN層における深さ方向のMg濃度プロファイルをSIMS分析法によって測定した。得られた結果を図1に示す。なお、図1には、比較のために、Cp2 Mgを用いて同様にGaN中にMgドーピングを行なった後、同様にSIMS分析法により測定したMg濃度プロファイルを示した。
【0033】
図1に示すように、原料ガスとしてCp2 Mgを用いた場合には、原料を供給し始めても、Mgは所望の層に直ぐには取り込まれない。さらに、原料の供給を止めても、Mgはこの層にだらだらと取り込まれてしまう。
【0034】
それに対して、[(Me3 Si)2 N]2 Mgを用いた場合には、立上がり、立ち下がりに若干のテールが残るものの、ドープ層においては、ほぼ一定のMgドーピングが行なわれている。
【0035】
なお、[(Me3 Si)2 N]2 Mgを用いた場合のドープ層中には、Siは、Mgとほぼ同等の量で含有されており、その濃度プロファイルは、十分急峻であった。
【0036】
このように、SiをMgとともにドープ層中に含有させることによって、ドープ層とアンドープ層との間に急峻な界面が形成されることがわかる。
図2は、本発明の第1の実施例の半導体レーザーの断面図である。サファイア基板10のc面上にAlN(10nm)の第1バッファ層11、GaN(1.0μm)の第2バッファ層12、Siドープn型AlGaN(1.0μm)のクラッド層13、GaN(0.05μm)の活性層14、Mgドープp型AlGaN(1.0μm)のクラッド層15、およびMgドープp型GaN(0.5μm)のコンタクト層16が順次形成されている。また、第2のバッファ層12およびp型コンタクト層16の上面には、それぞれAu/TiAl電極17およびAu/Ni電極18が設けられている。
【0037】
図3は、本発明の実施例方法に使用した成長装置を示す概略構成図である。図中の21は石英製の反応管であり、この反応管21内には、ガス導入口22から原料混合ガスが導入される。そして、反応管21内のガスは、ガス排気口23から排気される。反応管21内には、カーボン製のサセプタ24が配置されており、このサセプタ24は、高周波コイル25により誘電加熱される。なお、試料基板20は、前述のサセプタ24上に載置され、この基板20の温度は熱電対26によって測定される。熱電対によって測定された基板20の温度は、別の装置(図示せず)によってコントロールされる。
【0038】
次に、図3の成長装置を用いて図2の構造の半導体レーザを製造する方法の一例を、簡単に説明する。
まず、基板をサセプタ上に載置して、チャンバー内にH2 ガスを導入しつつ、この基板を1100℃に加熱することによって、その表面を清浄化する。次いで、基板温度を450〜900℃に低下させた後、H2 ガスを、NH3 ガス、または(CH3 )2 N2 H2 等のNを含む有機化合物に切り替える。このNを含む有機化合物とともに、成長すべき層に応じた有機金属化合物をチャンバー内に導入して、それぞれの層の成長を行う。
【0039】
基板上への半導体層の成膜に当たっては、まず、Al(CH3 )3 およびAl(C2 H5 )3 等の有機金属Al化合物をチャンバー内に導入して、AlNを含む第1バッファ層11を基板10上に形成し、次に、Ga(CH3 )3 またはGa(C2 H5 )3 等の有機金属Ga化合物をチャンバー内に導入して、GaNを含む第2バッファ層12を形成する。
【0040】
AlGaNを含む第1のクラッド層13は、有機金属Al化合物および有機金属Ga化合物に加えて、n型ドーピング用原料を導入して成長を行う。n型ドーピング用原料としては、SiH4 等のSi水素化物、またはSi(CH3 )4 等の有機金属Si化合物を用いることができる。
【0041】
活性層14は、前述の第2のバッファ層の場合と同様に、Ga(CH3 )3 またはGa(C2 H5 )3 等の有機金属Ga化合物を導入することによって、成長を行なう。なお、GaN活性層14のバンドギャップを狭めるために、この層にInを添加してもよい。この場合には、In(CH3 )3 或いはIn(C2 H5 )3 等の有機金属In化合物を、例えば、気相中でのGa原料に対するIn原料の分子比を、5%〜100%として導入することによって、活性層中にInを添加することができる。
【0042】
AlGaNを含む第2のクラッド層15は、有機金属Al化合物および有機金属Ga化合物に加えて、p型ドーピング用原料を導入して成長を行う。p型ドーピング用原料としては、トリメチルシリル基を有する有機Mg化合物、例えば[(Me3 Si)2 N]2 Mg、[(Me3 Si)CH3 ]2 Mg、および(Me3 Si)2 Mg等を使用することができる。
【0043】
さらに、コンタクト層16の形成の際には、有機金属Ga化合物、例えばGa(CH3 )3 或いはGa(C2 H5 )3 を導入して成長を行う。このコンタクト層16のp型ドーピング用原料としては、前述と同様のトリメチルシリル基を有する有機Mg化合物が用いられる。
【0044】
以上のように基板上に、第1のバッファ層、第2のバッファ層、第1のクラッド層、活性層、第2のクラッド層、およびコンタクト層を順次形成した後、エッチングにより所定の領域を選択的に除去する。
【0045】
さらに、第2のバッファ層12の露出面に蒸着等によって、Au/TiAl電極17を形成し、コンタクト層16の表面に蒸着等によってAu/Ni電極18を形成することによって、図2に示すような本発明の半導体レーザー19が得られる。かかる構成の半導体レーザーの発振波長は、450nmである。
【0046】
前述の第1の実施例の半導体レーザーにおけるpドープ層に含有されるMgおよびSiの濃度は、以下のように考察される。例えば、0℃に保持されたMg原料のキャリア流量を50cc/minとして、前述の工程にしたがって1.0μmの膜厚のpドープ層を形成すると、このp型クラッド層中のMg量およびSi量は、それぞれ5×1019/cm3および3×1019/cm3と考えられる。この場合、p型クラッド層と活性層との界面においては、0.1μmの膜厚中でMg量が5倍以上変化することになる。
【0047】
したがって、このドープ層の下層に存在するアンドープ層である活性層の膜厚が5nm以下の場合であっても、十分な精度をもってドープ量を制御することができる。
さらに、pドープ層中のMg濃度、Si濃度、およびpドープ層とアンドープ層との界面におけるMg濃度の変化を計算し、下記表1にまとめた。
【0048】
【表1】
【0049】
表1に示すように、pドープ層中のSi量が5×1017/cm3未満の場合には、アンドープ層との界面において0.1μmの膜厚中、Mg量の変化は、わずか1/2にすぎない場合がある。すなわち、p型クラッド層においてMgの急峻なドーピングが得られない。
【0050】
pドープ層中のMg量が5×1018/cm3 未満の場合には、拡散距離は、0.lμm以下であるものの、所望の抵抗値を得ることができない。ドープ層の特性を維持するためには、1×1019/cm3 以上のMgが必要であるが、Siが含有されない場合には、隣接する層までMgが拡散してしまうので、急峻な界面が得られない。
【0051】
これに対して、pドープ層中のSiが5×1018/cm3以上の場合には、アンドープ層との界面におけるMgドープ量の変化は、0.1μm当たり5倍にも及んでいる。したがって、極めて急峻な界面が得られたことがわかる。しかも、この場合には、pドープ層の抵抗は1Ω・cm以下であり、半導体レーザ実現のために十分な値である。
【0052】
このように、本実施例によれば、DH構造のp型AlGaNクラッド層中にSiを含有させたので、Mgの急峻なドーピングを行なうことができ、優れた性能のDHレーザが得られることが予測される。
【0053】
特に、Si原子にメチル基が3個結合した(Me3 Si−)を有する有機Mg化合物を、AlGaNのp型ドーパントとして用いるので、DH構造のp型AlGaNクラッド層においてMgの急峻なドーピングを行うことができ、これによって優れた性能を有するDHレーザを作製することが可能となる。
【0054】
図4は、本発明の他の実施例に係わる半導体レーザを示す断面図である。図4に示すように、半導体レーザー37においては、GaAs基板30上にGaAsバッファ層31が形成され、その上にZnMgSSeクラッド層32、ZnSe活性層33、およびZnMgSSeクラッド層34が順次形成されている。さらに、クラッド層34表面および基板30の裏面には、それぞれAu電極36およびAuGe電極35が形成されている。
【0055】
本実施例においても、前述の第1の実施例と同様に各々の層をMOCVD法により成長し、Mgを含むクラッド層32、34の少なくとも一方にはSiを含有させる。これによって、急峻なヘテロ界面をもつZnMgSSe/ZnSeのヘテロ構造の作製が可能になる。
【0056】
しかも、かかる半導体レーザーは、クラッド層の活性層側における欠陥や歪みの発生が抑制されるので、信頼性を高めることができる。
前述の第2の実施例の半導体レーザーにおけるクラッド層中のMgおよびSiの濃度は、以下のように考察される。例えば、Mg原料の流量を100cc/minとして、前述の実施例1と同様の工程にしたがって1.0μmの膜厚のクラッド層を形成すると、このクラッド層中のSi量は、1×1019/cm3 と考えられる。この場合、クラッド層の活性層に接する側には、Siが集中してSiリッチな領域が形成され、これによって、ドープ層とアンドープ層との界面での欠陥の発生は防止される。なお、クラッド層中のSiが5×1018/cm3 未満の場合には、このクラッド層の表面近傍にはSiリッチな領域が形成されないので、欠陥や歪みが発生することが予測される。
【0057】
さらに、第2の実施例の半導体レーザーにおいては、クラッド層と活性層との界面においては、0.1μmの膜厚中でMg量が3倍以上変化することになる。したがって、このクラッド層に隣接する活性層の膜厚が5nm以下の場合であっても、十分な精度をもってドープ量を制御することができる。
【0058】
このように、本実施例によれば、ZnMgSSeクラッド層中に、MgとともにSiを含有させたので、Mgの急峻な濃度変化が得られ、優れた性能のDHレーザを製造し得ることが予測される。
【0059】
特に、Si原子にメチル基が3個結合した(Me3 Si−)を有する有機Mg化合物を、Mg原料として用いるので、このMgを含有するクラッド層と活性層との界面での急峻なドーピングが可能であるとともに、クラッド層の表面における欠陥や歪みを抑制して、優れた性能のDHレーザを作製することが可能となる。
【0060】
なお、本発明は上述した各実施例に限定されるものではない。実施例では、MOCVD法におけるMg原料ガスとして、トリメチルシリル基を有する有機Mg化合物を用いたが、これに限らず、Si元素にメチル基が3個結合した基(Me3 Si−)を有する任意の有機Mg化合物を用いることができる。
【0061】
また、実施例で述べた化合物半導体層の材料系は何等限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【0062】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、pドープされた III-V族化合物半導体層、またはII−VI族化合物半導体を含むクラッド層にMgとSiとを含有させたことにより、信頼性を向上させた半導体レーザーが得られる。
【0063】
MOCVD法のMg原料として、Si元素にメチル基が3個結合した基を有する有機Mg化合物を用いる本発明の方法は、Mgドーピング量の急峻性やMg組成制御性に優れた化合物半導体層の成長を再現性よく行うことを可能にし、半導体レーザのみならず、発光ダイオード等の化合物半導体を用いた素子の特性向上に寄与することが予測される。
【図面の簡単な説明】
【図1】GaN中にMgをドーピングした際における深さ方向のMg濃度プロファイルを示すグラフ図。
【図2】本発明の一実施例に係る半導体レーザーを示す断面図。
【図3】本発明の一実施例の製造に使用した結晶成長装置を示す概略構成図。
【図4】本発明の他の実施例に係わる半導体レーザーを示す断面図。
【符号の説明】
10…サファイア基板
11…AlN第1バッファ層
12…GaN第2バッファ層
13…Siドープn型AlGaNクラッド層
14…GaN活性層
15…Mgドープp型AlGaNクラッド層
16…Mgドープp型GaNコンタクト層
17…Au/TiAl電極
18…Au/Ni電極
19…半導体レーザ
20…試料基板
21…石英製の反応管
22…ガス導入口
23…ガス排気口
24…サセプタ
25…高周波コイル
26…熱電対
30…GaAs基板
31…GaAsバッファ層
32…ZnMgSSeクラッド層
33…ZnSe活性層
34…クラッド層
35…AuGe電極
36…Au電極
37…半導体レーザ。
Claims (6)
- 基板、
前記基板上に形成され、III-V族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層、
下部クラッド層の上に形成され、III-V族化合物半導体を主成分とする活性層、および
活性層の上に形成され、III-V族化合物半導体を主成分とする上部p型クラッド層を有する発振波長450nm以下の半導体レーザーにおいて、
前記上部p型クラッド層中に、MgとSiとが含有されていることを特徴とする半導体レーザー。 - 基板、
前記基板上に形成され、Mgを含有するII-VI族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層、
前記下部クラッド層の上に形成され、II-VI族化合物半導体を主成分とする活性層、および
前記活性層の上に形成され、Mgを含有するII-VI族化合物半導体を主成分とする上部p型クラッド層を有し、
前記下部クラッド層の活性層に接する側、および上部p型クラッド層の活性層に接する側の少なくとも一方にSiが含有されていることを特徴とする半導体レーザー。 - 基板上に、III-V族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層を形成する工程、
前記下部クラッド層の上に、III-V族化合物半導体を主成分とする活性層を形成する工程、および
前記活性層の上に、III-V族化合物半導体を主成分とする上部p型クラッド層を形成する工程を具備し、
前記上部クラッド層を形成する際、p型ドーパントガスとしてのMgを含有する原料ガスとSiを含有する原料ガスとを用いることを特徴とする半導体レーザーの製造方法。 - 基板上に、III-V族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層を形成する工程、
前記下部クラッド層の上に、III-V族化合物半導体を主成分とする活性層を形成する工程、および
前記活性層の上に、III-V族化合物半導体を主成分とする上部p型クラッド層を形成する工程を具備し、
前記上部クラッド層を形成する際のp型ドーパントガスとして、Si原子にメチル基Meが3個結合した(Me3Si−)を有する有機Mg化合物を用いることを特徴とする半導体レーザーの製造方法。 - 基板上に、Mgを含有するII-VI族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層を形成する工程、
前記下部クラッド層の上に、II-VI族化合物半導体を主成分とする活性層を形成する工程、および
前記活性層の上に、Mgを含有するII-VI族化合物半導体を主成分とする上部p型クラッド層を形成する工程を具備し、
前記上部および下部クラッド層を形成する際のMg原料ガスとして、Si原子にメチル基Meが3個結合した基(Me3Si−)を有する有機Mg化合物を使用することを特徴とする半導体レーザーの製造方法。 - 基板、
前記基板上に形成され、III-V族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層、
下部クラッド層の上に形成され、III-V族化合物半導体を主成分とする活性層、および
活性層の上に形成され、III-V族化合物半導体を主成分とする上部p型クラッド層を有する半導体レーザーにおいて、
前記上部p型クラッド層はAlGaNからなり、当該上部p型クラッド層中にMgとSiとが含有されていることを特徴とする半導体レーザー。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33042595A JP3697304B2 (ja) | 1994-12-19 | 1995-12-19 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31490194 | 1994-12-19 | ||
JP6-314901 | 1994-12-19 | ||
JP33042595A JP3697304B2 (ja) | 1994-12-19 | 1995-12-19 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08228049A JPH08228049A (ja) | 1996-09-03 |
JP3697304B2 true JP3697304B2 (ja) | 2005-09-21 |
Family
ID=26568105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33042595A Expired - Lifetime JP3697304B2 (ja) | 1994-12-19 | 1995-12-19 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3697304B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4553457B2 (ja) * | 2000-08-02 | 2010-09-29 | ローム株式会社 | pn接合を有するIII−V族化合物半導体装置 |
JP4671702B2 (ja) * | 2005-01-28 | 2011-04-20 | パナソニック株式会社 | Iii族窒化物半導体レーザ装置 |
JP5596998B2 (ja) * | 2010-03-08 | 2014-10-01 | 三井造船株式会社 | 半導体基板熱処理装置および半導体基板熱処理装置による温度推定方法 |
JP6908422B2 (ja) * | 2016-04-20 | 2021-07-28 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | Iii族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
-
1995
- 1995-12-19 JP JP33042595A patent/JP3697304B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH08228049A (ja) | 1996-09-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5740192A (en) | Semiconductor laser | |
JP3688843B2 (ja) | 窒化物系半導体素子の製造方法 | |
EP0403293B1 (en) | Method of manufacturing III-V group compound semiconductor device | |
JP3433075B2 (ja) | 窒化物系半導体素子の製造方法 | |
KR100271030B1 (ko) | Iii-v족 화합물 반도체의 제조 방법, 및 그를 사용하는 반도체 발광 소자 및 그의 제조방법 | |
JPH04242985A (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード | |
JP2010045396A (ja) | 窒化ガリウム系半導体素子の製造方法 | |
JPH0964477A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
JP3408413B2 (ja) | 半導体の製造方法及び半導体装置 | |
JP4581198B2 (ja) | 窒化物化合物半導体層の熱処理方法及び半導体素子の製造方法 | |
JPH06326416A (ja) | 化合物半導体素子 | |
JP2002057161A5 (ja) | ||
JP3561105B2 (ja) | p型半導体膜および半導体素子 | |
JP2007227832A (ja) | 窒化物半導体素子 | |
JP2006313890A (ja) | 窒化ガリウム系半導体素子及びその製造方法 | |
JP3598591B2 (ja) | 3−5族化合物半導体の製造方法 | |
US6352884B1 (en) | Method for growing crystals having impurities and crystals prepared thereby | |
US20160087153A1 (en) | ACTIVE REGION CONTAINING NANODOTS (ALSO REFERRED TO AS "QUANTUM DOTS") IN MOTHER CRYSTAL FORMED OF ZINC BLENDE-TYPE (ALSO REFERRED TO AS "CUBIC CRYSTAL-TYPE") AlyInxGal-y-xN CRYSTAL(Y . 0, X>0) GROWN ON Si SUBSTRATE, AND LIGHTEMITTING DEVICE USING THE SAME (LED AND LD) | |
US5617438A (en) | Semiconductor laser and method for manufacturing the same | |
JP2003023179A (ja) | p型III族窒化物半導体およびその作製方法および半導体装置およびその作製方法 | |
JP4103309B2 (ja) | p型窒化物半導体の製造方法 | |
JP3697304B2 (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
JP3875298B2 (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
US9705287B2 (en) | Method of fabricating a P type nitride semiconductor layer doped with carbon | |
JP3133187B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050215 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050418 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050628 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050704 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090708 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090708 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100708 Year of fee payment: 5 |