JP6206233B2

JP6206233B2 - Optical semiconductor device and method for manufacturing optical semiconductor device

Info

Publication number: JP6206233B2
Application number: JP2014025824A
Authority: JP
Inventors: 研一河口
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: JP2015153883A

Description

本発明は、光半導体素子及び光半導体素子の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor element and a method for manufacturing the optical semiconductor element.

従来、発光又は受光する光半導体素子が用いられている。 Conventionally, an optical semiconductor element that emits or receives light has been used.

例えば、光半導体素子として、基板の表面から外方に向かってワイヤ状に延びるナノ構造体のコア層を有し、コア層の側面上に、発光又は受光する活性層と、シェル層とを順番に積層したナノワイヤ型の光半導体素子が提案されている。 For example, as an optical semiconductor element, it has a nanostructure core layer extending in a wire shape outward from the surface of the substrate, and on the side surface of the core layer, an active layer that emits or receives light and a shell layer are sequentially arranged. Nanowire-type optical semiconductor elements laminated on the substrate have been proposed.

ナノワイヤ型の光半導体素子は、基板から垂直方向に延びる活性層を有するので、同じ平面積を有する積層型の光半導体素子と比べて、発光出力が大きいという特徴を有する。 Since the nanowire type optical semiconductor element has an active layer extending in the vertical direction from the substrate, the nanowire type optical semiconductor element has a feature that the light emission output is larger than that of the stacked type optical semiconductor element having the same plane area.

図１は、従来例のナノワイヤ型の光半導体素子を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a conventional nanowire type optical semiconductor element.

光半導体素子１１０は、半導体の基板１１１の表面から外方に向かってワイヤ状に延びるナノ構造体のコア層１１２を有する。コア層１１２は、縦長であり、長手方向の基板側の端部１１２ｂは、基板１１１と接合している。コア層１１２は、基板１１１上に積層された絶縁層１１９の開口部から、外方に向かって延びている。 The optical semiconductor element 110 has a core layer 112 of a nanostructure extending in a wire shape from the surface of a semiconductor substrate 111 outward. The core layer 112 is vertically long, and the end portion 112 b on the substrate side in the longitudinal direction is bonded to the substrate 111. The core layer 112 extends outward from the opening of the insulating layer 119 stacked on the substrate 111.

また、光半導体素子１１０は、コア層１１２の側面及びコア層１１２の基板とは反対側の端部１１２ａを覆う活性層１１３と、活性層１１３の側面及び活性層１１３の基板とは反対側の端部を覆うシェル層１１４を備える。活性層１１３及びシェル層１１４も、基板１１１の表面から外方に向かって縦長に延びる形状を有する。 Further, the optical semiconductor element 110 includes an active layer 113 that covers the side surface of the core layer 112 and the end 112a opposite to the substrate of the core layer 112, and a side surface of the active layer 113 and a side of the active layer 113 opposite to the substrate. A shell layer 114 is provided to cover the end. The active layer 113 and the shell layer 114 also have a shape that extends vertically from the surface of the substrate 111 outward.

更に、光半導体素子１１０は、シェル層１１４と、第１電極層１１７との間の抵抗を低減するコンタクト層１１５を備える。コンタクト層１１５は、シェル層１１４の側面及びシェル層の基板とは反対側の端部を覆う。コンタクト層１１５も、基板１１１の表面から外方に向かって縦長に延びる形状を有する。基板１１１の第２面上には、第２電極層１１８が配置される。 Further, the optical semiconductor element 110 includes a contact layer 115 that reduces the resistance between the shell layer 114 and the first electrode layer 117. The contact layer 115 covers the side surface of the shell layer 114 and the end of the shell layer opposite to the substrate. The contact layer 115 also has a shape that extends vertically from the surface of the substrate 111 outward. A second electrode layer 118 is disposed on the second surface of the substrate 111.

コンタクト層１１５の基板とは反対側の端部上には、保護層１２０ａが配置される。また、絶縁層１１９と第１電極層１１７との間には、保護層１２０ｂが配置される。 A protective layer 120a is disposed on the end of the contact layer 115 opposite to the substrate. Further, the protective layer 120b is disposed between the insulating layer 119 and the first electrode layer 117.

光半導体素子１１０は、例えば、第１電極層１１７及び第２電極層１１８を用いて、活性層１１３に電流を注入することにより光子を生成し、生成された光子は、活性層１１３の基板とは反対側の端部から外部へ出力される。 The optical semiconductor element 110 generates photons by injecting current into the active layer 113 using, for example, the first electrode layer 117 and the second electrode layer 118, and the generated photons are generated on the substrate of the active layer 113. Is output to the outside from the opposite end.

活性層１１３の基板とは反対側の端部から外部へ出力された光子は、シェル層１１４及びコンタクト層１１５と、光子に対してほぼ透明な保護層１２０ａを通って、光半導体素子１１０の外部へ取り出される。 Photons output to the outside from the end of the active layer 113 opposite to the substrate pass through the shell layer 114, the contact layer 115, and the protective layer 120a that is substantially transparent to the photons, and are external to the optical semiconductor element 110. Is taken out.

特表２００９−５０７３９８号公報Special table 2009-507398 特表２０１２−５２９７５６号公報Special table 2012-529756 gazette 特表２０１３−５２１６６２号公報Special table 2013-521626 gazette

半導体を用いて形成されるコンタクト層１１５のバンドギャップエネルギーが小さい程、金属を用いて形成される第１電極１１７とコンタクト層１１５との間のショットキー障壁を低減して、オーミック抵抗を低くすることができる。 The smaller the band gap energy of the contact layer 115 formed using a semiconductor, the lower the ohmic resistance by reducing the Schottky barrier between the first electrode 117 formed using metal and the contact layer 115. be able to.

そのため、通常、コンタクト層１１５のバンドギャップエネルギーが、活性層１１３の発光波長に対応するエネルギーよりも小さい材料を用いて、コンタクト層１１５が形成される。 Therefore, the contact layer 115 is usually formed using a material in which the band gap energy of the contact layer 115 is smaller than the energy corresponding to the emission wavelength of the active layer 113.

しかし、コンタクト層１１５のバンドギャップエネルギーが、活性層１１３の発光波長に対応する光子のエネルギーよりも小さいので、活性層１１３から出力された光子の一部が、コンタクト層１１５で吸収される。そのため、光半導体素子１１０の発光効率が損なわれるという問題があった。 However, since the band gap energy of the contact layer 115 is smaller than the energy of photons corresponding to the emission wavelength of the active layer 113, some of the photons output from the active layer 113 are absorbed by the contact layer 115. Therefore, there is a problem that the light emission efficiency of the optical semiconductor element 110 is impaired.

同様に、光半導体素子１１０を受光素子として用いる場合には、外部から活性層１１３に入力される光子の一部がコンタクト層１１５で吸収されて、受光効率が損なわれるという問題があった。 Similarly, when the optical semiconductor element 110 is used as a light receiving element, there is a problem that a part of photons inputted from the outside to the active layer 113 is absorbed by the contact layer 115 and the light receiving efficiency is impaired.

本明細書では、発光効率及び受光効率を向上する光半導体素子及び光半導体素子の製造方法を提案することを課題とする。 This specification makes it a subject to propose the manufacturing method of the optical semiconductor device which improves luminous efficiency and light reception efficiency, and an optical semiconductor device.

本明細書に開示する光半導体素子の一形態によれば、半導体の基板と、第１導電性を有し、上記基板の第１面から外方に向かって延びるコア層と、上記コア層の側面を覆う活性層と、第２導電性を有し、上記活性層の側面及び上記コア層の上記基板とは反対側の第１端部を覆うシェル層と、第２導電性を有し、上記シェル層よりも小さいバンドギャップエネルギーを有し、上記シェル層の側面及び上記シェル層の上記基板とは反対側の第２端部を覆うコンタクト層と、上記コンタクト層よりも高いバンドギャップエネルギーを有し、上記コンタクト層の上記基板とは反対側の第３端部を覆う結晶性の被覆層と、を備える。 According to an embodiment of the optical semiconductor element disclosed in the present specification, a semiconductor substrate, a core layer having first conductivity and extending outward from the first surface of the substrate, and the core layer An active layer covering the side surface, having a second conductivity, a shell layer covering the side surface of the active layer and the first end of the core layer opposite to the substrate, and a second conductivity, A contact layer having a band gap energy smaller than that of the shell layer, covering a side surface of the shell layer and a second end of the shell layer opposite to the substrate; and a band gap energy higher than that of the contact layer. And a crystalline coating layer covering the third end of the contact layer opposite to the substrate.

また、本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、半導体の基板上に、第１導電性を有し、外方に向かって延びるコア層を形成し、上記コア層の側面を覆う活性層を形成し、第２導電性を有し、上記活性層の側面及び上記コア層の上記基板とは反対側の第１端部を覆うシェル層を形成し、第２導電性を有し、上記シェル層よりも小さいバンドギャップエネルギーを有し、上記シェル層の側面及び上記シェル層の上記基板とは反対側の第２端部を覆うコンタクト層を形成し、上記コンタクト層よりも高いバンドギャップエネルギーを有し、上記コンタクト層の上記基板とは反対側の第３端部を覆う、結晶性の被覆層を形成する。 Moreover, according to one form of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed in this specification, a core layer having first conductivity and extending outward is formed on a semiconductor substrate, and the core layer is formed. An active layer is formed to cover the side surface of the active layer, has a second conductivity, and a shell layer is formed to cover the side surface of the active layer and the first end of the core layer on the opposite side of the substrate. Forming a contact layer that covers the side surface of the shell layer and the second end of the shell layer on the side opposite to the substrate, and having a band gap energy smaller than that of the shell layer. A crystalline covering layer having a higher bandgap energy and covering the third end of the contact layer opposite to the substrate is formed.

上述した本明細書に開示する光半導体素子の一形態によれば、発光効率及び受光効率が向上する。 According to one embodiment of the optical semiconductor element disclosed in the present specification described above, light emission efficiency and light reception efficiency are improved.

また、本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の一形態によれば、発光効率及び受光効率が向上した光半導体素子が得られる。 Moreover, according to one form of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed in this specification, an optical semiconductor element with improved light emission efficiency and light receiving efficiency can be obtained.

本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。 The objects and advantages of the invention will be realized and obtained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.

前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。 Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention as claimed.

従来例の光半導体素子を示す図である。It is a figure which shows the optical semiconductor element of a prior art example. 本明細書に開示する光半導体素子の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the optical semiconductor element disclosed by this specification. コンタクト層のバンド構造を示す図である。It is a figure which shows the band structure of a contact layer. 実効バンドギャップエネルギーの計算を説明する図である。It is a figure explaining calculation of effective band gap energy. （Ａ）は、コンタクト層の膜厚と実効バンドギャップエネルギーとの関係を説明する図であり、（Ｂ）は、コンタクト層の膜厚と損失光の利用効率との関係を説明する図である。(A) is a figure explaining the relationship between the film thickness of a contact layer, and effective band gap energy, (B) is a figure explaining the relationship between the film thickness of a contact layer and the utilization efficiency of loss light. . 被覆層のバンドギャップエネルギーと損失光の利用効率との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the band gap energy of a coating layer, and the utilization efficiency of loss light. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その１）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 1) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed to this specification. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その２）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 2) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed to this specification. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その３）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 3) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed to this specification. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その４）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 4) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed to this specification. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その５）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 5) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed to this specification. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その６）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 6) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed in this specification. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その７）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 7) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed in this specification. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その８）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 8) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed to this specification. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その９）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 9) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed in this specification. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その１０）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 10) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed to this specification. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その１１）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 11) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed in this specification. 本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の工程（その１２）を説明する図である。It is a figure explaining the process (the 12) of the manufacturing method of the optical semiconductor element disclosed to this specification.

以下、本明細書で開示する光半導体素子の好ましい一実施形態を、図を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。 Hereinafter, a preferred embodiment of the optical semiconductor device disclosed in this specification will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.

図２は、本明細書に開示する光半導体素子の一実施形態を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating an embodiment of an optical semiconductor device disclosed in this specification.

本実施形態の光半導体素子１０は、電流が注入されて発光するか、又は、光を受光して、電圧を発生する。 The optical semiconductor element 10 of the present embodiment emits light when current is injected, or receives light to generate a voltage.

光半導体素子１０は、半導体の基板１１と、コア層１２と、コア層１２を覆う活性層１３と、活性層１３を覆うシェル層１４と、シェル層１４を覆うコンタクト層１５と、コンタクト層１５の基板とは反対側の端部を覆う被覆層１６を備える。 The optical semiconductor element 10 includes a semiconductor substrate 11, a core layer 12, an active layer 13 covering the core layer 12, a shell layer 14 covering the active layer 13, a contact layer 15 covering the shell layer 14, and a contact layer 15. The coating layer 16 is provided to cover the end opposite to the substrate.

コンタクト層１５の側面上には、第１電極層１７が配置され、基板１１の第２面１１ｂ上には、第２電極層１８が配置される。第１電極層１７と基板１１との間には、両者を電気的に絶縁する絶縁層が配置される。絶縁層１９は、コア層１２以外の第１面１１ａ側の部分と、基板１１及び第２電極層１８とを電気的に絶縁する。 A first electrode layer 17 is disposed on the side surface of the contact layer 15, and a second electrode layer 18 is disposed on the second surface 11 b of the substrate 11. Between the 1st electrode layer 17 and the board | substrate 11, the insulating layer which electrically insulates both is arrange | positioned. The insulating layer 19 electrically insulates the portion on the first surface 11 a side other than the core layer 12 from the substrate 11 and the second electrode layer 18.

また、光半導体素子１０は、被覆層１６を覆って保護する保護層２０ａ、２０ｂを備える。保護層２０ａ、２０ｂは、被覆層１６の端部１６ａを覆う端部２０ａと、被覆層１６の側部１６ｂを覆う側部２０ｂを有する。保護層の側部２０ｂは、絶縁層１９上も覆う。保護層２０ａ、２０ｂは電気絶縁性を有し、保護層の側部２０ｂも、絶縁層１９と共に、第１電極層１７と、基板１１との間を電気的に絶縁する。また、保護層２０ａ、２０ｂは、活性層１３の発光波長又は受光波長に対応するエネルギーを有する光子に対する吸収係数が低く、実質的に光子に対して透明な材料を用いて形成されることが好ましい。 In addition, the optical semiconductor element 10 includes protective layers 20 a and 20 b that cover and protect the covering layer 16. The protective layers 20 a and 20 b have an end 20 a that covers the end 16 a of the covering layer 16 and a side 20 b that covers the side 16 b of the covering layer 16. The side 20b of the protective layer also covers the insulating layer 19. The protective layers 20 a and 20 b have electrical insulation, and the side 20 b of the protective layer also electrically insulates the first electrode layer 17 and the substrate 11 together with the insulating layer 19. The protective layers 20a and 20b are preferably formed using a material that has a low absorption coefficient for photons having energy corresponding to the emission wavelength or light reception wavelength of the active layer 13 and is substantially transparent to the photons. .

コア層１２は、第１導電性を有し、基板１１の第１面１１ａから、絶縁層１９の開口部１９ａを通って、外方に向かってワイヤ状に延びるナノ構造体を有する。コア層１２は、第１面１１から外方に向かって垂直に延びる縦長の形状を有する。コア層１２は、長手方向における基板側の端部１２ｂ及び基板とは反対側の端部１２ａを有する。基板側の端部１２ｂは、基板１１と接合する。 The core layer 12 has first conductivity, and has a nanostructure that extends from the first surface 11a of the substrate 11 through the opening 19a of the insulating layer 19 outwardly in a wire shape. The core layer 12 has a vertically long shape extending vertically from the first surface 11 toward the outside. The core layer 12 has an end 12b on the substrate side in the longitudinal direction and an end 12a on the opposite side of the substrate. The end 12 b on the substrate side is bonded to the substrate 11.

活性層１３は、コア層１２の基板とは反対側の端部１２ａを覆う端部１３ａと、コア層１２の側面を覆う側部１３ｂを有する。コア層１２を覆う活性層１３も、基板１１の第１面１１ａから外方に向かって縦長に延びる形状を有する。活性層１３は、電流が注入されて、光子を生成するか、又は、光子を吸収してキャリアを生成する。活性層１３は、例えば、量子井戸構造又はダブルヘテロ構造を有する。 The active layer 13 has an end portion 13 a that covers the end portion 12 a opposite to the substrate of the core layer 12, and a side portion 13 b that covers the side surface of the core layer 12. The active layer 13 covering the core layer 12 also has a shape that extends vertically from the first surface 11a of the substrate 11 outward. The active layer 13 is injected with a current to generate photons, or absorbs photons to generate carriers. The active layer 13 has, for example, a quantum well structure or a double hetero structure.

光半導体素子１０が発光素子として用いられる場合、活性層１３で生成された光子は、活性層１３の基板とは反対側の端部１３ａから、外方に向かって出力される。また、光半導体素子１０が受光素子として用いられる場合、外部から入力された光子は、活性層１３の基板とは反対側の端部１３ａから、活性層１３の内部に取り込まれる。 When the optical semiconductor element 10 is used as a light emitting element, photons generated in the active layer 13 are output outward from the end 13a of the active layer 13 opposite to the substrate. When the optical semiconductor element 10 is used as a light receiving element, photons input from the outside are taken into the active layer 13 from the end 13a opposite to the substrate of the active layer 13.

シェル層１４は、第２導電性を有し、活性層１３の基板とは反対側の端部１３ａを覆う端部１４ａと、活性層１３の側部１３ｂを覆う側部１４ｂを有する。シェル層１４の端部１３ａは、活性層１３の端部１３ａを介して、コア層１２の基板とは反対側の端部１２ａを覆っている。活性層１３を覆うシェル層１４も、基板１１の第１面１１ａから外方に向かって縦長に延びる形状を有する。 The shell layer 14 has second conductivity, and has an end portion 14 a that covers the end portion 13 a opposite to the substrate of the active layer 13, and a side portion 14 b that covers the side portion 13 b of the active layer 13. The end portion 13 a of the shell layer 14 covers the end portion 12 a of the core layer 12 opposite to the substrate via the end portion 13 a of the active layer 13. The shell layer 14 covering the active layer 13 also has a shape that extends vertically from the first surface 11a of the substrate 11 outward.

光半導体素子１０において、シェル層１４と、活性層１３と、コア層１２が積層された構造は、ＰＩＮ構造を形成する。 In the optical semiconductor element 10, the structure in which the shell layer 14, the active layer 13, and the core layer 12 are stacked forms a PIN structure.

コンタクト層１５は、シェル層１４と同じ第２導電性を有し、シェル層１４の基板とは反対側の端部１４ａを覆う端部１５ａと、シェル層１４の側部１４ｂを覆う側部１５ｂを有する。シェル層１４を覆うコンタクト層１５も、基板１１の第１面１１ａから外方に向かって縦長に延びる形状を有する。 The contact layer 15 has the same second conductivity as the shell layer 14, and has an end portion 15 a that covers the end portion 14 a opposite to the substrate of the shell layer 14, and a side portion 15 b that covers the side portion 14 b of the shell layer 14. Have The contact layer 15 covering the shell layer 14 also has a shape that extends vertically from the first surface 11a of the substrate 11 outward.

コンタクト層１５は、半導体を用いて形成されるシェル層１４と、金属を用いて形成される第１電極層１７との間の抵抗を低減する。この観点から、半導体を用いて形成されるコンタクト層１５は、シェル層１４のバンドギャップエネルギーよりも小さいバンドギャップエネルギーを有する。これにより、第１電極層１７とコンタクト層１５との間のショットキー障壁を低減して、オーミック抵抗を低くすることができる。 The contact layer 15 reduces the resistance between the shell layer 14 formed using a semiconductor and the first electrode layer 17 formed using a metal. From this point of view, the contact layer 15 formed using a semiconductor has a band gap energy smaller than that of the shell layer 14. Thereby, the Schottky barrier between the 1st electrode layer 17 and the contact layer 15 can be reduced, and ohmic resistance can be made low.

被覆層１６は、コンタクト層１５の基板とは反対側の端部１５ａを覆う端部１６ａと、コンタクト層１５の側部１５ｂを部分的に覆う側部１６ｂを有する。被覆層１６ａは、意図的なドーパントの添加はされておらず、結晶性を有し、好ましくは単結晶である。被覆層１６ａは、転位等の欠陥を有していても良いが、欠陥を有していないことが好ましい。 The covering layer 16 has an end portion 16 a that covers the end portion 15 a opposite to the substrate of the contact layer 15, and a side portion 16 b that partially covers the side portion 15 b of the contact layer 15. The coating layer 16a is not added with an intentional dopant, has crystallinity, and is preferably a single crystal. The coating layer 16a may have defects such as dislocations, but preferably has no defects.

半導体の被覆層１６は、コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有する。 The semiconductor cover layer 16 has a band gap energy higher than that of the contact layer 15.

図３は、コンタクト層のバンド構造を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a band structure of the contact layer.

図３は、シェル層１４及びコンタクト層１５及び被覆層１６のバンド構造を示す。価電子帯の上端のエネルギー準位をＥｖ、伝導帯の下端のエネルギー準位をＥｃで示す。 FIG. 3 shows the band structure of the shell layer 14, the contact layer 15, and the covering layer 16. The energy level at the upper end of the valence band is denoted by Ev, and the energy level at the lower end of the conduction band is denoted by Ec.

上述したように、コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＥ２は、被覆層１６のバンドギャップエネルギーＥ１及びシェル層１４のバンドギャップエネルギーＥ３よりも小さい。被覆層１６のバンドギャップエネルギーＥ１とシェル層１４のバンドギャップエネルギーＥ３とは同じであっても、異なっていても良い。図３に示す例では、被覆層１６のバンドギャップエネルギーＥ１は、シェル層１４のバンドギャップエネルギーＥ３よりも大きい。 As described above, the band gap energy E2 of the contact layer 15 is smaller than the band gap energy E1 of the covering layer 16 and the band gap energy E3 of the shell layer 14. The band gap energy E1 of the coating layer 16 and the band gap energy E3 of the shell layer 14 may be the same or different. In the example shown in FIG. 3, the band gap energy E 1 of the covering layer 16 is larger than the band gap energy E 3 of the shell layer 14.

また、光半導体素子１０では、図３の式（１）に示すように、被覆層１６のバンドギャップエネルギーＥ１及びシェル層１４のバンドギャップエネルギーＥ３は、活性層１３の発光波長又は受光波長に対応する光子のエネルギーＥｐよりも大きい。また、コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＥ２は、活性層１３の発光波長又は受光波長に対応する光子のエネルギーＥｐよりも小さい。 In the optical semiconductor element 10, the band gap energy E 1 of the coating layer 16 and the band gap energy E 3 of the shell layer 14 correspond to the emission wavelength or the light reception wavelength of the active layer 13, as shown in Expression (1) of FIG. It is larger than the energy Ep of the photon that performs. The band gap energy E2 of the contact layer 15 is smaller than the photon energy Ep corresponding to the light emission wavelength or light reception wavelength of the active layer 13.

コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＥ２を小さくすることにより、第１電極層１７とコンタクト層１５との間のショットキー障壁をより低減して、オーミック抵抗を更に低くしている。その結果、コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＥ２は、活性層１３の発光波長又は受光波長に対応する光子のエネルギーＥｐよりも小さくなっている。 By reducing the band gap energy E2 of the contact layer 15, the Schottky barrier between the first electrode layer 17 and the contact layer 15 is further reduced, and the ohmic resistance is further reduced. As a result, the band gap energy E2 of the contact layer 15 is smaller than the photon energy Ep corresponding to the light emission wavelength or light reception wavelength of the active layer 13.

活性層１３の発光波長又は受光波長に対応する光子のエネルギーＥｐに対して、コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＥ２が小さいので、エネルギーＥｐを有する光子がコンタクト層１５を通る時に、光子がコンタクト層１５で吸収され得る。コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＥ２と、活性層１３の発光波長又は受光波長に対応する光子のエネルギーＥｐとの差が大きい程、コンタクト層１５で吸収される光子の量が高くなる。 Since the band gap energy E2 of the contact layer 15 is smaller than the energy Ep of the photon corresponding to the emission wavelength or the light reception wavelength of the active layer 13, the photon having the energy Ep passes through the contact layer 15 when the photon passes through the contact layer 15. Can be absorbed. The larger the difference between the band gap energy E2 of the contact layer 15 and the photon energy Ep corresponding to the emission wavelength or light reception wavelength of the active layer 13, the higher the amount of photons absorbed by the contact layer 15.

一方、活性層１３の光子のエネルギーＥｐに対して、被覆層１６のバンドギャップエネルギーＥ１及びシェル層１４のバンドギャップエネルギーＥ３が大きいので、エネルギーＥｐを有する光子が、被覆層１６又はシェル層１４で吸収されることは実質的にはない。 On the other hand, since the band gap energy E1 of the coating layer 16 and the band gap energy E3 of the shell layer 14 are larger than the photon energy Ep of the active layer 13, photons having the energy Ep are generated in the coating layer 16 or the shell layer 14. There is virtually no absorption.

図３に示すように、光半導体素子１０は、被覆層１６の端部１６ａと、シェル層１４の端部１３ａと、コンタクト層１５の端部１５ａとが、量子井戸構造を形成する。 As shown in FIG. 3, in the optical semiconductor element 10, the end 16 a of the covering layer 16, the end 13 a of the shell layer 14, and the end 15 a of the contact layer 15 form a quantum well structure.

その結果、コンタクト層１５の基板とは反対側の端部１５ａにおける量子力学的な実効バンドギャップエネルギーＥ２ａを、コンタクト層１５を形成する半導体のバンドギャップエネルギーＥ２よりも増大させることができる。量子力学的な実効バンドギャップエネルギーＥ２ａを、コンタクト層１５を形成する半導体のバンドギャップエネルギーＥ２よりも増大させることにより、エネルギーＥｐを有する光子がコンタクト層１５で吸収される量を低減できる。 As a result, the quantum mechanical effective band gap energy E2a at the end 15a opposite to the substrate of the contact layer 15 can be made larger than the band gap energy E2 of the semiconductor forming the contact layer 15. By increasing the quantum mechanical effective band gap energy E2a over the band gap energy E2 of the semiconductor forming the contact layer 15, the amount of photons having energy Ep absorbed by the contact layer 15 can be reduced.

ここで、コンタクト層１５の端部１５ａの量子力学的な実効バンドギャップエネルギーＥ２ａは、光子が、コンタクト層１５の端部１５ａを通る時に感じるエネルギーギャップを意味する。 Here, the quantum mechanical effective band gap energy E2a of the end 15a of the contact layer 15 means an energy gap that is felt when a photon passes through the end 15a of the contact layer 15.

図３の式（２）に示すように、コンタクト層１５の基板とは反対側の端部１５ａにおける量子力学的な実効バンドギャップエネルギーＥ２ａを、活性層１３の発光波長又は受光波長に対応する光子のエネルギーＥｐよりも大きくすることもできる。Ｅ２ａ＞Ｅｐであれば、エネルギーＥｐを有する光子がコンタクト層１５を通る時に、光子がコンタクト層１５で吸収されることを実質的に防止できる。 As shown in the equation (2) of FIG. 3, the quantum mechanical effective band gap energy E2a at the end 15a opposite to the substrate of the contact layer 15 is represented by a photon corresponding to the emission wavelength or the light reception wavelength of the active layer 13. It can also be made larger than the energy Ep. If E2a> Ep, photons having energy Ep can be substantially prevented from being absorbed by the contact layer 15 when passing through the contact layer 15.

次に、量子力学的な実効バンドギャップエネルギーの計算方法について、図４を参照しながら、以下に説明する。 Next, a quantum mechanical effective band gap energy calculation method will be described below with reference to FIG.

図３に示すバンド構造において、価電子帯のポテンシャルエネルギーをＶ_ｖ（ｘ）とし、伝導帯のポテンシャルエネルギーをＶ_ｃ（ｘ）とする。ここで、ｘは、積層構造の厚さ方向の位置を示す。ｍ_ｅは、電子の有効質量であり、ｍ_ｈは、正孔の有効質量である。ΔＥｃは、伝導帯の電子のエネルギー固有値の変化量であり、ΔＥｖは、価電子帯の正孔のエネルギー固有値の変化量である。Ψ（ｘ）は、電子又は正孔の波動関数である。電子又は正孔の運動方程式は、図４の式（３）で表される。 In the band structure shown in FIG. 3, the potential energy of the valence band is V _v (x), and the potential energy of the conduction band is V _c (x). Here, x represents the position in the thickness direction of the laminated structure. _me is the effective mass of electrons, and m _h is the effective mass of holes. ΔEc is the amount of change in the energy eigenvalue of the electron in the conduction band, and ΔEv is the amount of change in the energy eigenvalue of the hole in the valence band. Ψ (x) is an electron or hole wave function. The equation of motion of electrons or holes is expressed by equation (3) in FIG.

図４の式（３）を解くことにより、ΔＥｃ及びΔＥｖが求まる。 By solving the equation (3) in FIG. 4, ΔEc and ΔEv are obtained.

量子力学的な実効バンドギャップエネルギーＥｆｆ（図３のＥ２ａに対応する）は、図４の式（４）により求められる。ここで、Ｅｇは、コンタクト層１５を形成する半導体のバンドギャップエネルギー（図３のＥ２に対応する）である。被覆層１６のバンドギャップエネルギーＥ１及びシェル層１４のバンドギャップエネルギーＥ３が、コンタクト層１５のバンドギャップエネルギーＥ２よりも大きいので、コンタクト層１５の端部１５aにおけるΔＥｃ及びΔＥｖは増加する。 The quantum mechanical effective band gap energy Eff (corresponding to E2a in FIG. 3) is obtained by the equation (4) in FIG. Here, Eg is the band gap energy of the semiconductor forming the contact layer 15 (corresponding to E2 in FIG. 3). Since the band gap energy E1 of the covering layer 16 and the band gap energy E3 of the shell layer 14 are larger than the band gap energy E2 of the contact layer 15, ΔEc and ΔEv at the end 15a of the contact layer 15 increase.

図５（Ａ）は、コンタクト層の膜厚と実効バンドギャップエネルギーとの関係を説明する図である。図５（Ｂ）は、コンタクト層の膜厚と損失光の利用効率との関係を説明する図である。図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、計算された結果である。 FIG. 5A is a diagram for explaining the relationship between the thickness of the contact layer and the effective band gap energy. FIG. 5B is a diagram for explaining the relationship between the thickness of the contact layer and the utilization efficiency of lost light. FIG. 5A and FIG. 5B show the calculated results.

損失光の利用効率ηは、図４の式（５）に示すように定義される。損失光の利用効率は、コンタクト層１５を被覆層１６で覆うことにより、被覆層１６で覆われない時と比べて、吸収されていた光の内のどれだけの光を外へ取り出せるかという割合を示している。ここで、Ｉ_ｂは、コンタクト層１５が被覆層１６で覆われていない時の損失光量であり、Ｉ_ｑは、コンタクト層１５が被覆層１６で覆われている時の実効バンドギャップエネルギーを用いた計算された損失光量である。損失光量は、活性層が出力した光子の内、コンタクト層において吸収される光子の量である。 The utilization efficiency η of the lost light is defined as shown in Expression (5) in FIG. The utilization efficiency of the lost light is the ratio of how much light out of the absorbed light can be extracted to the outside by covering the contact layer 15 with the coating layer 16 compared with the case where it is not covered with the coating layer 16. Is shown. Here, I _b is the amount of light lost when the contact layer 15 is not covered with the covering layer 16, and I _q is the effective band gap energy when the contact layer 15 is covered with the covering layer 16. It is the calculated amount of lost light. The amount of lost light is the amount of photons absorbed in the contact layer among the photons output from the active layer.

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、シェル層１４がｐ型の導電性を有するＩｎＰが用いて形成され、コンタクト層１５がｐ型の導電性を有するＩｎ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ（バンドギャップエネルギー：０．７８８ｅＶ）を用いて形成される。そして、被覆層１６がＩｎＰを用いて形成された光半導体素子について計算した結果である。活性層１３の発光波長は、１５５０ｎｍとした。 5A and 5B, the shell layer 14 is formed using InP having p-type conductivity, and the contact layer 15 has In _0.4 Ga _0.6 having p-type conductivity. It is formed using As (band gap energy: 0.788 eV). And it is the result of having calculated about the optical semiconductor element in which the coating layer 16 was formed using InP. The emission wavelength of the active layer 13 was 1550 nm.

図５（Ａ）に示すように、コンタクト層１５の膜厚が１００ｎｍ以下では、膜厚の減少と共に、実効バンドギャップエネルギーが増加しており、膜厚が２０ｎｍ以下になると、実効バンドギャップエネルギーが急激に増加する。 As shown in FIG. 5A, when the thickness of the contact layer 15 is 100 nm or less, the effective band gap energy increases as the thickness decreases, and when the thickness becomes 20 nm or less, the effective band gap energy increases. Increases rapidly.

この時、図５（Ｂ）に示すように、コンタクト層１５の膜厚が１００ｎｍ以下では、膜厚の減少と共に、損失光の利用効率が増加しており、膜厚が２０ｎｍ以下になると、損失光の利用効率が１００％となって、コンタクト層１５における光の吸収が無くなる。即ち、膜厚が２０ｎｍ以下になると、活性層１３から出力された全ての光を光半導体素子の外部へ取り出せることが分かる。 At this time, as shown in FIG. 5B, when the film thickness of the contact layer 15 is 100 nm or less, the loss light utilization efficiency increases as the film thickness decreases. The light utilization efficiency becomes 100%, and light absorption in the contact layer 15 is eliminated. That is, it can be seen that when the film thickness is 20 nm or less, all the light output from the active layer 13 can be extracted to the outside of the optical semiconductor element.

次に、被覆層１６のバンドギャップエネルギーを変化させた時の損失光の利用効率について計算した結果を、図を参照して、以下に説明する。 Next, the calculation result of the utilization efficiency of the lost light when the band gap energy of the coating layer 16 is changed will be described below with reference to the drawings.

図６は、被覆層のバンドギャップエネルギーと損失光の利用効率との関係を説明する図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the band gap energy of the coating layer and the utilization efficiency of lost light.

被覆層１６の厚さを２０ｎｍとして、被覆層１６のバンドギャップエネルギーを、コンタクト層１５と同じ０．７８８ｅＶから、２倍の１．６ｅＶの範囲に変化させた時の損失光の利用効率を計算した。その他の計算条件は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）と同じである。 Calculation of the utilization efficiency of lost light when the thickness of the coating layer 16 is 20 nm and the band gap energy of the coating layer 16 is changed from 0.788 eV, which is the same as that of the contact layer 15, to a range of 1.6 eV which is doubled. did. Other calculation conditions are the same as those in FIGS. 5A and 5B.

被覆層１６のバンドギャップエネルギーが増加するのと共に、損失光の利用効率が増加しており、被覆層１６のバンドギャップエネルギーが約１．２ｅＶ以上になると、損失光の利用効率が約１００％となった。 As the band gap energy of the coating layer 16 increases, the utilization efficiency of the loss light increases, and when the band gap energy of the coating layer 16 becomes about 1.2 eV or more, the utilization efficiency of the loss light becomes about 100%. became.

このように、被覆層１６を形成する半導体としては、コンタクト層１５よりも高いバンドギャップエネルギーを有していれば、種々の材料を用いることができることが分かる。例えば、コンタクト層１５が、ｐ型の導電性を有するＩｎＧａＡｓを用いて形成される時には、被覆層１６として、ＩｎＧａＡｓＰ混晶等を用いることができる。 Thus, it can be seen that various materials can be used as the semiconductor forming the covering layer 16 as long as it has a higher band gap energy than the contact layer 15. For example, when the contact layer 15 is formed using InGaAs having p-type conductivity, an InGaAsP mixed crystal or the like can be used as the covering layer 16.

上述した本実施形態の光半導体素子１０によれば、コンタクト層１５の実効バンドギャップエネルギーを増加させて、発光効率及び受光効率が向上することができる。特に、コンタクト層１５の実効バンドギャップエネルギーを、活性層１３の発光波長又は受光波長に対応するエネルギーよりも大きくすれば、コンタクト層１５における光の吸収を実質的に無くすことができる。 According to the above-described optical semiconductor element 10 of the present embodiment, the effective band gap energy of the contact layer 15 can be increased, and the light emission efficiency and the light reception efficiency can be improved. In particular, if the effective band gap energy of the contact layer 15 is made larger than the energy corresponding to the emission wavelength or the light reception wavelength of the active layer 13, light absorption in the contact layer 15 can be substantially eliminated.

また、光半導体素子１０は、コンタクト層１５を介して、第１電極層１７とシェル層１４とを電気的に接続することにより、接触抵抗を低減して、効率良く発光又は受光することができる。 In addition, the optical semiconductor element 10 can efficiently emit or receive light by reducing the contact resistance by electrically connecting the first electrode layer 17 and the shell layer 14 via the contact layer 15. .

次に、上述した光半導体素子を製造する本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第１実施形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。 Next, a first embodiment of an optical semiconductor device manufacturing method disclosed in this specification for manufacturing the above-described optical semiconductor device will be described below with reference to the drawings.

まず、図７に示すように、ｎ型の導電性を有する半導体の基板１１の第１面１１ａ上に、開口部１９ａを有する絶縁層１９が形成される。本実施形態では、基板１１の形成材料として、ＩｎＰ基板を用いた。ｎ型のドーパント濃度は、例えば、５×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３とすることができる。絶縁層１９は、ＳｉＯ_２を用いて形成された。 First, as shown in FIG. 7, an insulating layer 19 having an opening 19 a is formed on the first surface 11 a of the semiconductor substrate 11 having n-type conductivity. In the present embodiment, an InP substrate is used as a material for forming the substrate 11. The n-type dopant concentration can be set to, for example, 5 × 10 ¹⁷ to 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . Insulating layer 19 is formed using SiO _2.

そして、開口部１９ａから露出する基板１１の部分に金属微粒子２１が形成される。 Then, metal fine particles 21 are formed on the portion of the substrate 11 exposed from the opening 19a.

次に、図８に示すように、金属微粒子２１を触媒として用いて、基板１１の第１面１１ａから外方に向かって延びるコア層１２が形成される。コア層１２は、絶縁層１９の開口部１９ａから、外方に向かってワイヤ状に延びる。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）及びホスフィン（ＰＨ_３）を供給し、ｎ型の導電性を有するＩｎＰにより形成されるコア層１２を形成した。硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を供給し、ｎ型のドーパントとして、硫黄（Ｓ）を用いた。ｎ型のドーパント濃度は、例えば、５×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３とすることができる。そして、コア層１２の基板とは反対側の端部１２ａから、金属微粒子２１が除去される。本実施形態では、以下に述べるＭＯＶＰＥ法の工程においても、Ｉｎの原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ｐの原料としてホスフィン（ＰＨ_３）を用いる。 Next, as shown in FIG. 8, the core layer 12 extending outward from the first surface 11a of the substrate 11 is formed using the metal fine particles 21 as a catalyst. The core layer 12 extends outwardly from the opening 19a of the insulating layer 19 in a wire shape. In the present embodiment, trimethylindium (TMIn) and phosphine (PH ₃ ) are supplied using the MOVPE method to form the core layer 12 made of InP having n-type conductivity. Hydrogen sulfide (H ₂ S) was supplied, and sulfur (S) was used as an n-type dopant. The n-type dopant concentration can be set to, for example, 5 × 10 ¹⁷ to 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . Then, the metal fine particles 21 are removed from the end 12a of the core layer 12 opposite to the substrate. In the present embodiment, trimethylindium (TMIn) is used as the In raw material and phosphine (PH ₃ ) is used as the P raw material also in the MOVPE method described below.

次に、図９に示すように、コア層１２の基板とは反対側の端部１２ａを覆う端部１３ａと、コア層１２の側面を覆う側部１３ｂを有する活性層１３が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、量子井戸構造を有する活性層１３を形成した。井戸層の形成材料として、Ｉｎ_０．６Ｇａ_０．４Ａｓを用いた。また、バリア層の形成材料として、ＩｎＰを用いた。井戸層の膜厚を５ｎｍとして、発光波長を１５５０ｎｍとした。なお、活性層１３は、井戸層又はバリア層が他の混晶組成を有していても良いし、膜厚又は発光波長はこの数値に限られるものではない。例えば、バリア層を、ＩｎＧａＡｓＰを用いて形成しても良い。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法において、Ｇａの原料として、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を供給し、Ａｓの原料として、アルシン（ＡｓＨ_３）を供給する。 Next, as shown in FIG. 9, the active layer 13 having an end portion 13 a that covers the end portion 12 a opposite to the substrate of the core layer 12 and a side portion 13 b that covers the side surface of the core layer 12 is formed. In the present embodiment, the active layer 13 having a quantum well structure is formed using the MOVPE method. In _0.6 Ga _0.4 As was used as a material for forming the well layer. InP was used as a barrier layer forming material. The film thickness of the well layer was 5 nm, and the emission wavelength was 1550 nm. In the active layer 13, the well layer or the barrier layer may have another mixed crystal composition, and the film thickness or emission wavelength is not limited to this value. For example, the barrier layer may be formed using InGaAsP. In the present embodiment, in the MOVPE method, triethylgallium (TEGa) is supplied as a Ga raw material, and arsine (AsH ₃ ) is supplied as an As raw material.

そして、ｐ型の導電性を有し、活性層１３の基板とは反対側の端部１３ａを覆う端部１４ａと、活性層１３の側部１３ｂを覆う側部１４ｂを有するシェル層１４が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｐ型の導電性を有するＩｎＰにより形成されるシェル層１４を形成した。また、本実施形態では、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を供給し、ｐ型のドーパントとして、亜鉛（Ｚｎ）を用いた。ｐ型のドーパント濃度は、例えば、５×１０^１７〜２×１０^１８ｃｍ^−３とすることができる。 Then, a shell layer 14 having p-type conductivity and having an end portion 14a covering the end portion 13a opposite to the substrate of the active layer 13 and a side portion 14b covering the side portion 13b of the active layer 13 is formed. Is done. In the present embodiment, the shell layer 14 made of InP having p-type conductivity is formed by using the MOVPE method. In this embodiment, diethyl zinc (DEZ) is supplied and zinc (Zn) is used as a p-type dopant. The p-type dopant concentration can be set to, for example, 5 × 10 ¹⁷ to 2 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ .

そして、ｐ型の導電性を有し、シェル層１４よりも小さいバンドギャップエネルギーを有し、シェル層１４の基板とは反対側の端部１４ａを覆う端部１５ａと、シェル層１４の側部１４ｂを覆う側部１５ｂを有するコンタクト層１５が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｐ型の導電性を有するＩｎ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓにより形成されるコンタクト層１５を形成した。 Further, the end portion 15a has p-type conductivity, has a band gap energy smaller than that of the shell layer 14, covers the end portion 14a opposite to the substrate of the shell layer 14, and the side portion of the shell layer 14 A contact layer 15 having side portions 15b covering 14b is formed. In the present embodiment, the contact layer 15 formed of In _0.4 Ga _0.6 As having p-type conductivity is formed by using the MOVPE method.

ここで、ＩＩＩ族元素（Ｉｎ及びＧａ）に対するＶ族元素（Ａｓ）の原料ガスの比率を大きくすることにより、端部１５ａの厚さを、側部１５ｂの厚さよりも薄くすることができる。ＩＩＩ族元素（Ｉｎ及びＧａ）に対するＶ族元素（Ａｓ）の原料ガスの比率を、１００〜１０００倍にすると、端部１５ａの厚さを、側部１５ｂの厚さの半分以下にすることができる。例えば、側部１５ｂの厚さが２〜２００ｎｍとなるように原料ガスを供給すれば、端部１５ａの厚さが１００ｎｍ以下となる。このようにして、図５（Ａ）に示すように、量子力学的な実効バンドギャップエネルギーを、コンタクト層１５を形成する半導体のバンドギャップエネルギーＥ２よりも増大させることができる。 Here, by increasing the ratio of the source gas of the group V element (As) to the group III element (In and Ga), the end portion 15a can be made thinner than the side portion 15b. When the ratio of the source gas of the group V element (As) to the group III element (In and Ga) is increased by 100 to 1000 times, the thickness of the end portion 15a may be less than half the thickness of the side portion 15b. it can. For example, if the source gas is supplied so that the thickness of the side portion 15b is 2 to 200 nm, the thickness of the end portion 15a is 100 nm or less. In this way, as shown in FIG. 5A, the quantum mechanical effective band gap energy can be increased more than the band gap energy E 2 of the semiconductor forming the contact layer 15.

特に、側部１５ｂの厚さが２〜４０ｎｍとなるように原料ガスを供給すれば、端部１５ａの厚さが２０ｎｍ以下となる。このようにして、図５（Ｂ）に示すように、コンタクト層１５における光の吸収を無くすことができる。 In particular, if the source gas is supplied so that the thickness of the side portion 15b is 2 to 40 nm, the thickness of the end portion 15a is 20 nm or less. In this manner, light absorption in the contact layer 15 can be eliminated as shown in FIG.

次に、図１０に示すように、コンタクト層１５よりも高いバンドギャップエネルギーを有し、コンタクト層１５の基板とは反対側の端部１５ａを覆う端部１６ａと、コンタクト層１５の側部１５ｂを覆う側部１６ｂを有する結晶性の被覆層１６が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、アンドープのＩｎＧａＰにより形成される被覆層１６を形成した。被覆層１６の側部１６ｂの厚さは、例えば、５０〜２００ｎｍとすることができる。上述したように、ＩＩＩ族元素（Ｉｎ及びＧａ）に対するＶ族元素（Ｐ）の原料ガスの比率を大きくすることにより、端部１６ａの厚さを、側部１６ｂの厚さよりも薄くすることができる。ＩｎＧａＰのバンドギャップエネルギーは、Ｇａの組成比を高くするのと共に増加するが、Ｇａの組成比の増加と共に格子不整合による歪みが増大する。被覆層１６内の歪みを抑える観点から、被覆層１６の側部１６ｂの厚さが５０ｎｍ以下の時には、Ｇａの組成比を２０％以下とし、側部１６ｂの厚さが５０ｎｍ〜２００ｎｍの時には、Ｇａの組成比を５％以下とすることが好ましい。 Next, as shown in FIG. 10, the end portion 16a has a higher band gap energy than the contact layer 15 and covers the end portion 15a opposite to the substrate of the contact layer 15, and the side portion 15b of the contact layer 15. A crystalline covering layer 16 having a side portion 16b covering the surface is formed. In the present embodiment, the coating layer 16 formed of undoped InGaP is formed using the MOVPE method. The thickness of the side part 16b of the coating layer 16 can be 50-200 nm, for example. As described above, the thickness of the end portion 16a can be made thinner than the thickness of the side portion 16b by increasing the ratio of the source gas of the group V element (P) to the group III element (In and Ga). it can. The band gap energy of InGaP increases as the Ga composition ratio increases, but the strain due to lattice mismatch increases as the Ga composition ratio increases. From the viewpoint of suppressing distortion in the coating layer 16, when the thickness of the side portion 16b of the coating layer 16 is 50 nm or less, the composition ratio of Ga is 20% or less, and when the thickness of the side portion 16b is 50 nm to 200 nm, The Ga composition ratio is preferably 5% or less.

被覆層１６の形成材料としては、コンタクト層１５よりも高いバンドギャップエネルギーを有していれば、他の半導体を用いることができる。例えば、被覆層１６として、ＡｌＧａＩｎＰを用いることができる。 As a material for forming the covering layer 16, another semiconductor can be used as long as it has a band gap energy higher than that of the contact layer 15. For example, AlGaInP can be used as the covering layer 16.

次に、図１１に示すように、被覆層１６及び絶縁層１９上を覆う保護層２０が形成される。保護層２０は、被覆層１６の端部１６ａ及び側部１６ｂ上に形成される。本実施形態では、ＣＶＤ法を用いて、ＳｉＮにより形成される保護層２０を形成した。図には明確に示していないが、保護層２０を形成する時の異方性により、被覆層１６の端部１６ａを覆う保護層２０の部分の厚さよりも、側部１６ｂを覆う保護層２０の部分の厚さが薄く形成される。 Next, as shown in FIG. 11, a protective layer 20 is formed to cover the covering layer 16 and the insulating layer 19. The protective layer 20 is formed on the end portion 16 a and the side portion 16 b of the covering layer 16. In the present embodiment, the protective layer 20 made of SiN is formed using the CVD method. Although not clearly shown in the figure, the protective layer 20 that covers the side portion 16b rather than the thickness of the portion of the protective layer 20 that covers the end portion 16a of the coating layer 16 due to anisotropy when the protective layer 20 is formed. The thickness of the portion is formed thin.

次に、図１２に示すように、絶縁層１９上にマスクＭ１が形成される。マスクＭ１は、被覆層１６の側部１６ｂを所定の高さまで覆うように形成される。 Next, as shown in FIG. 12, a mask M 1 is formed on the insulating layer 19. The mask M1 is formed so as to cover the side portion 16b of the covering layer 16 to a predetermined height.

次に、図１３に示すように、マスクＭ１を用いて、被覆層１６の側部１６ｂを覆う保護層２０の部分がエッチングにより除去されて、被覆層１６の側部１６ｂが露出する。被覆層１６の端部１６ａを覆う保護層２０の部分（以下、保護層の端部２０ａともいう）は、厚さが厚いので、エッチング後も被覆層１６の端部１６ａ上に残る。また、マスクＭ１に覆われている保護層２０の部分（以下、保護層の側部２０ｂともいう）も、エッチングされずに残る。 Next, as shown in FIG. 13, using the mask M 1, the portion of the protective layer 20 covering the side portion 16 b of the covering layer 16 is removed by etching, and the side portion 16 b of the covering layer 16 is exposed. The portion of the protective layer 20 that covers the end portion 16a of the coating layer 16 (hereinafter also referred to as the end portion 20a of the protective layer) is thick, and therefore remains on the end portion 16a of the coating layer 16 even after etching. Further, the portion of the protective layer 20 covered by the mask M1 (hereinafter also referred to as the side portion 20b of the protective layer) remains without being etched.

次に、図１４に示すように、マスクＭ１が除去される。 Next, as shown in FIG. 14, the mask M1 is removed.

次に、図１５に示すように、保護層の端部２０ａ及び側部２０ｂをマスクとして、被覆層１６の側部１６ｂの一部がエッチングにより除去されて、コンタクト層１５の側部１５ｂが露出する。 Next, as shown in FIG. 15, a part of the side part 16b of the coating layer 16 is removed by etching using the end part 20a and the side part 20b of the protective layer as a mask, and the side part 15b of the contact layer 15 is exposed. To do.

次に、図１６に示すように、保護層の端部２０ａ及び側部２０ｂ、並びにコンタクト層１５の側部１５ｂを覆う第１電極層１７が形成される。本実施形態では、第１電極層１７として、Ｔｉ／ＴｉＷ／Ａｕの積層構造を用いた。半導体であるコンタクト層１５の側部１５ｂと、金属である第１電極層１７とは、ショットキー接合する。 Next, as shown in FIG. 16, the first electrode layer 17 is formed to cover the end portion 20 a and the side portion 20 b of the protective layer and the side portion 15 b of the contact layer 15. In the present embodiment, a Ti / TiW / Au laminated structure is used as the first electrode layer 17. The side portion 15b of the contact layer 15 that is a semiconductor and the first electrode layer 17 that is a metal form a Schottky junction.

次に、図１７に示すように、一部分を露出させつつ第１電極層１７を覆うマスクＭ２が形成される。第１電極層１７は、保護層の端部２０ａを覆う部分が、マスクＭ２には覆われずに露出している。 Next, as shown in FIG. 17, a mask M 2 that covers the first electrode layer 17 while partially exposing the mask M 2 is formed. The portion of the first electrode layer 17 that covers the end 20a of the protective layer is exposed without being covered by the mask M2.

次に、図１８に示すように、マスクＭ２を用いて、第１電極層Ｍ２がエッチングにより除去されて、保護層の端部２０ａ及び第１電極層１７の一部が露出する。 Next, as shown in FIG. 18, the first electrode layer M2 is removed by etching using the mask M2, and the end 20a of the protective layer and a part of the first electrode layer 17 are exposed.

次に、図２に示すように、マスクＭ２を除去した後、基板１１の第２面１１ｂ上に第２電極層１８が形成されて、光半導体素子１０が得られる。本実施形態では、第２電極層１８として、ＡｕＧｅ／Ａｕの積層構造を用いた。 Next, as shown in FIG. 2, after removing the mask M2, the second electrode layer 18 is formed on the second surface 11b of the substrate 11, and the optical semiconductor element 10 is obtained. In this embodiment, a stacked structure of AuGe / Au is used as the second electrode layer 18.

なお、他の光半導体素子の製造方法において、活性層が生成した光がコンタクト層において吸収されることを回避するために、活性層が生成した光が通るコンタクト層の部分をエッチングにより除去することが提案されている。しかし、コンタクト層を部分的にエッチングにより除去すると、コンタクト層に対して、エッチングによる損傷を与えるおそれがある。一方、本実施形態の光半導体素子１０の製造方法では、コンタクト層に対して損傷を与えるようなおそれがない。 In another method of manufacturing an optical semiconductor element, in order to avoid the light generated by the active layer being absorbed in the contact layer, the portion of the contact layer through which the light generated by the active layer passes is removed by etching. Has been proposed. However, if the contact layer is partially removed by etching, the contact layer may be damaged by etching. On the other hand, in the method for manufacturing the optical semiconductor element 10 of the present embodiment, there is no possibility of damaging the contact layer.

次に、上述した光半導体素子を製造する本明細書に開示する光半導体素子の製造方法の第２実施形態を、図面を参照しながら、以下に説明する。本実施形態では、光半導体素子を形成する材料が上述した第１実施形態とは異なる部分があるが、製造工程自体は同様なので、同じ図面を参照しながら、以下に説明する。 Next, a second embodiment of an optical semiconductor device manufacturing method disclosed in this specification for manufacturing the above-described optical semiconductor device will be described below with reference to the drawings. In the present embodiment, the material for forming the optical semiconductor element is different from that in the first embodiment described above, but the manufacturing process itself is the same, so that the following description will be given with reference to the same drawing.

まず、図７に示すように、ｎ型の導電性を有する半導体の基板１１の第１面１１ａ上に、開口部１９ａを有する絶縁層１９が形成される。本実施形態では、基板１１の形成材料として、ＧａＡｓ基板を用いた。ｎ型のドーパント濃度は、例えば、５×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３とすることができる。絶縁層１９は、ＳｉＯ_２を用いて形成された。 First, as shown in FIG. 7, an insulating layer 19 having an opening 19 a is formed on the first surface 11 a of the semiconductor substrate 11 having n-type conductivity. In the present embodiment, a GaAs substrate is used as a material for forming the substrate 11. The n-type dopant concentration can be set to, for example, 5 × 10 ¹⁷ to 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . Insulating layer 19 is formed using SiO _2.

次に、図８に示すように、金属微粒子２１を触媒として用いて、基板１１の第１面１１ａから外方に向かって延びるコア層１２が形成される。コア層１２は、絶縁層１９の開口部１９ａから、外方に向かってワイヤ状に延びる。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）及びアルシン（ＡｓＨ_３）を供給し、ｎ型の導電性を有するＧａＡｓにより形成されるコア層１２を形成した。硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を供給し、ｎ型のドーパントとして、硫黄（Ｓ）を用いた。ｎ型のドーパント濃度は、例えば、５×１０^１７〜１×１０^１９ｃｍ^−３とすることができる。そして、コア層１２の基板とは反対側の端部１２ａから、金属微粒子２１が除去される。本実施形態では、以下に述べるＭＯＶＰＥ法の工程においても、Ｇａの原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を用い、Ａｓの原料としてアルシン（ＡｓＨ_３）を用いる。 Next, as shown in FIG. 8, the core layer 12 extending outward from the first surface 11a of the substrate 11 is formed using the metal fine particles 21 as a catalyst. The core layer 12 extends outwardly from the opening 19a of the insulating layer 19 in a wire shape. In the present embodiment, triethylgallium (TEGa) and arsine (AsH ₃ ) are supplied using the MOVPE method to form the core layer 12 formed of GaAs having n-type conductivity. Hydrogen sulfide (H ₂ S) was supplied, and sulfur (S) was used as an n-type dopant. The n-type dopant concentration can be set to, for example, 5 × 10 ¹⁷ to 1 × 10 ¹⁹ cm ⁻³ . Then, the metal fine particles 21 are removed from the end 12a of the core layer 12 opposite to the substrate. In the present embodiment, triethylgallium (TEGa) is used as the Ga material and arsine (AsH ₃ ) is used as the As material in the MOVPE method described below.

次に、図９に示すように、コア層１２の基板とは反対側の端部１２ａを覆う端部１３ａと、コア層１２の側面を覆う側部１３ｂを有する活性層１３が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ダブルヘテロ構造を有する活性層１３を形成した。具体的には、活性層１３として、Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ／ＧａＡｓ／Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓを用いた。ＧａＡｓ層の膜厚を６０ｎｍとして、発光波長８７０ｎｍとした。なお、活性層１３は、他の混晶組成のヘテロ構造を有していても良いし、膜厚又は発光波長はこの数値に限られるものではない。また、活性層１３は、ＳＣＨ構造及び量子井戸構造を有していても良い。例えば、活性層１３は、ＡｌＧａＡｓ（ＳＣＨ層）／ＧａＡｓ（バリア層）／ＩｎＧａＡｓ（井戸層）／ＧａＡｓ（バリア層）／ＡｌＧａＡｓ（ＳＣＨ層）を用いて形成しても良い。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法において、Ａｌの原料として、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を供給した。 Next, as shown in FIG. 9, the active layer 13 having an end portion 13 a that covers the end portion 12 a opposite to the substrate of the core layer 12 and a side portion 13 b that covers the side surface of the core layer 12 is formed. In the present embodiment, the active layer 13 having a double heterostructure is formed by using the MOVPE method. Specifically, Al _0.2 Ga _0.8 As / GaAs / Al _0.2 Ga _0.8 As was used as the active layer 13. The film thickness of the GaAs layer was 60 nm, and the emission wavelength was 870 nm. The active layer 13 may have a hetero structure with other mixed crystal composition, and the film thickness or emission wavelength is not limited to this value. The active layer 13 may have an SCH structure and a quantum well structure. For example, the active layer 13 may be formed using AlGaAs (SCH layer) / GaAs (barrier layer) / InGaAs (well layer) / GaAs (barrier layer) / AlGaAs (SCH layer). In the present embodiment, trimethylaluminum (TMAl) is supplied as an Al raw material in the MOVPE method.

そして、ｐ型の導電性を有し、活性層１３の基板とは反対側の端部１３ａを覆う端部１４ａと、活性層１３の側部１３ｂを覆う側部１４ｂを有するシェル層１４が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｐ型の導電性を有するＡｌ_０．４Ｇａ_０．６Ａｓ層により形成されるシェル層１４を形成した。また、本実施形態では、ジエチル亜鉛（ＤＥＺ）を供給し、ｐ型のドーパントとして、亜鉛（Ｚｎ）を用いた。ｐ型のドーパント濃度は、例えば、５×１０^１７〜２×１０^１８ｃｍ^−３とすることができる。 Then, a shell layer 14 having p-type conductivity and having an end portion 14a covering the end portion 13a opposite to the substrate of the active layer 13 and a side portion 14b covering the side portion 13b of the active layer 13 is formed. Is done. In the present embodiment, the shell layer 14 formed of an Al _0.4 Ga _0.6 As layer having p-type conductivity is formed by using the MOVPE method. In this embodiment, diethyl zinc (DEZ) is supplied and zinc (Zn) is used as a p-type dopant. The p-type dopant concentration can be set to, for example, 5 × 10 ¹⁷ to 2 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ .

そして、ｐ型の導電性を有し、シェル層１４よりも小さいバンドギャップエネルギーを有し、シェル層１４の基板とは反対側の端部１４ａを覆う端部１５ａと、シェル層１４の側部１４ｂを覆う側部１５ｂを有するコンタクト層１５が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、ｐ型の導電性を有するＧａＡｓにより形成されるコンタクト層１５を形成した。 Further, the end portion 15a has p-type conductivity, has a band gap energy smaller than that of the shell layer 14, covers the end portion 14a opposite to the substrate of the shell layer 14, and the side portion of the shell layer 14 A contact layer 15 having side portions 15b covering 14b is formed. In the present embodiment, the contact layer 15 made of GaAs having p-type conductivity is formed by using the MOVPE method.

ここで、ＩＩＩ族元素（Ｇａ）に対するＶ族元素（Ａｓ）の原料ガスの比率を大きくすることにより、端部１５ａの厚さを、側部１５ｂの厚さよりも薄くすることができる。ＩＩＩ族元素（Ｇａ）に対するＶ族元素（Ａｓ）の原料ガスの比率を、１００〜１０００倍にすると、端部１５ａの厚さを、側部１５ｂの厚さの半分以下にすることができる。例えば、側部１５ｂの厚さが１００〜２００ｎｍとなるように原料ガスを供給すれば、端部１５ａの厚さが１００ｎｍ以下となる。このようにして、図５（Ａ）に示すように、量子力学的な実効バンドギャップエネルギーを、コンタクト層１５を形成する半導体のバンドギャップエネルギーＥ２よりも増大させることができる。 Here, by increasing the ratio of the source gas of the group V element (As) to the group III element (Ga), the thickness of the end portion 15a can be made thinner than the thickness of the side portion 15b. When the ratio of the source gas of the group V element (As) to the group III element (Ga) is 100 to 1000 times, the thickness of the end portion 15a can be reduced to half or less of the thickness of the side portion 15b. For example, if source gas is supplied so that the thickness of the side part 15b may be 100-200 nm, the thickness of the edge part 15a will be 100 nm or less. In this way, as shown in FIG. 5A, the quantum mechanical effective band gap energy can be increased more than the band gap energy E 2 of the semiconductor forming the contact layer 15.

次に、図１０に示すように、コンタクト層１５よりも高いバンドギャップエネルギーを有し、コンタクト層１５の基板とは反対側の端部１５ａを覆う端部１６ａと、コンタクト層１５の側部１５ｂを覆う側部１６ｂを有する結晶性の被覆層１６が形成される。本実施形態では、ＭＯＶＰＥ法を用いて、アンドープのＡｌＧａＡｓにより形成される被覆層１６を形成した。被覆層１６の側部１６ｂの厚さは、例えば、１００〜２００ｎｍとすることができる。上述したように、ＩＩＩ族元素（Ａｌ及びＧａ）に対するＶ族元素（Ａｓ）の原料ガスの比率を大きくすることにより、端部１６ａの厚さを、側部１６ｂの厚さよりも薄くすることができる。Ａｌの組成比を高くするのと共に、歪みを増大することなく、ＡｌＧａＡｓのバンドギャップエネルギーを増加させることができる。 Next, as shown in FIG. 10, the end portion 16a has a higher band gap energy than the contact layer 15 and covers the end portion 15a opposite to the substrate of the contact layer 15, and the side portion 15b of the contact layer 15. A crystalline covering layer 16 having a side portion 16b covering the surface is formed. In the present embodiment, the coating layer 16 formed of undoped AlGaAs is formed using the MOVPE method. The thickness of the side part 16b of the coating layer 16 can be set to 100 to 200 nm, for example. As described above, by increasing the ratio of the source gas of the group V element (As) to the group III element (Al and Ga), the thickness of the end portion 16a can be made thinner than the thickness of the side portion 16b. it can. The band gap energy of AlGaAs can be increased without increasing the strain while increasing the Al composition ratio.

被覆層１６の形成材料としては、コンタクト層１５よりも高いバンドギャップエネルギーを有していれば、他の半導体を用いることができる。例えば、被覆層１６として、ＡｌＡｓ又はＧａＡｓを用いることができる。 As a material for forming the covering layer 16, another semiconductor can be used as long as it has a band gap energy higher than that of the contact layer 15. For example, as the coating layer 16, AlAs or GaAs can be used.

次に、図１１に示すように、被覆層１６及び絶縁層１９上を覆う保護層２０が形成される。保護層２０は、被覆層１６の端部１６ａ及び側部１６ｂ上に形成される。本実施形態では、ＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ_２により形成される保護層２０を形成した。図には明確に示していないが、保護層２０を形成する方法の異方性により、被覆層１６の端部１６ａを覆う保護層２０の部分の厚さよりも、側部１６ｂを覆う保護層２０の部分の厚さが薄く形成される。 Next, as shown in FIG. 11, a protective layer 20 is formed to cover the covering layer 16 and the insulating layer 19. The protective layer 20 is formed on the end portion 16 a and the side portion 16 b of the covering layer 16. In the present embodiment, the protective layer 20 made of SiO _{2 is} formed using the CVD method. Although not clearly shown in the figure, due to the anisotropy of the method of forming the protective layer 20, the protective layer 20 that covers the side portion 16b rather than the thickness of the portion of the protective layer 20 that covers the end portion 16a of the covering layer 16 is shown. The thickness of the portion is formed thin.

次に、図１５に示すように、保護層の端部２０ａ及び側部２０ｂをマスクとして、被覆層１６の側部１６ｂの一部がエッチングにより除去されて、コンタクト層１５の側部１６ｂが露出する。 Next, as shown in FIG. 15, a part of the side part 16b of the covering layer 16 is removed by etching using the end part 20a and the side part 20b of the protective layer as a mask, and the side part 16b of the contact layer 15 is exposed. To do.

次に、図１６に示すように、保護層の端部２０ａ及び側部２０ｂ、並びにコンタクト層１５の側部１５ｂを覆う第１電極層１７が形成される。本実施形態では、第１電極層１７として、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの積層構造を用いた。半導体であるコンタクト層１５の側部１５ｂと、金属である第１電極層１７とは、ショットキー接合する。 Next, as shown in FIG. 16, the first electrode layer 17 is formed to cover the end portion 20 a and the side portion 20 b of the protective layer and the side portion 15 b of the contact layer 15. In the present embodiment, a Ti / Pt / Au laminated structure is used as the first electrode layer 17. The side portion 15b of the contact layer 15 that is a semiconductor and the first electrode layer 17 that is a metal form a Schottky junction.

次に、図１７に示すように、一部分を露出させつつ第１電極層１７を覆うマスクＭ２が形成される。第１電極層１７は、保護層の端部２０ａを覆う部分が、マスクＭ２には覆われずに露出している。 Next, as shown in FIG. 17, a mask M 2 that covers the first electrode layer 17 while exposing a part thereof is formed. The portion of the first electrode layer 17 that covers the end 20a of the protective layer is exposed without being covered by the mask M2.

本発明では、上述した実施形態の光半導体素子及び光半導体素子の製造方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。 In the present invention, the optical semiconductor element and the method for manufacturing the optical semiconductor element of the above-described embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. In addition, the configuration requirements of one embodiment can be applied to other embodiments as appropriate.

ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。 All examples and conditional words mentioned herein are intended for educational purposes to help the reader deepen and understand the inventions and concepts contributed by the inventor. All examples and conditional words mentioned herein are to be construed without limitation to such specifically stated examples and conditions. Also, such exemplary mechanisms in the specification are not related to showing the superiority and inferiority of the present invention. While embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions or modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.

１０光半導体素子
１１基板
１２コア層
１２ａ基板とは反対側の端部
１２ｂ基板側の端部
１３活性層
１３ａ端部
１３ｂ側部
１４シェル層
１４ａ端部
１４ｂ側部
１５コンタクト層
１５ａ端部
１５ｂ側部
１６被覆層
１６ａ端部
１６ｂ側部
１７第１電極層
１８第２電極層
１９絶縁層
１９ａ開口部
２０、２０ａ、２０ｂ保護層
２１金属微粒子
Ｍ１マスク
Ｍ２マスク DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical semiconductor element 11 Board | substrate 12 Core layer 12a End part on the opposite side to a board | substrate 12b End part on the substrate side 13 Active layer 13a End part 13b Side part 14 Shell layer 14a End part 14b Side part 15 Contact layer 15a End part 15b side Part 16 Covering layer 16a End part 16b Side part 17 First electrode layer 18 Second electrode layer 19 Insulating layer 19a Openings 20, 20a, 20b Protective layer 21 Metal fine particles M1 mask M2 mask

Claims

半導体の基板と、
第１導電性を有し、前記基板の第１面から外方に向かって延びるコア層と、
前記コア層の側面を覆う活性層と、
第２導電性を有し、前記活性層の側面及び前記コア層の前記基板とは反対側の第１端部を覆うシェル層と、
第２導電性を有し、前記シェル層よりも小さいバンドギャップエネルギーを有し、前記シェル層の側面及び前記シェル層の前記基板とは反対側の第２端部を覆うコンタクト層と、
前記コンタクト層よりも高いバンドギャップエネルギーを有し、前記コンタクト層の前記基板とは反対側の第３端部を覆う結晶性の被覆層と、
を備える光半導体素子。 A semiconductor substrate;
A core layer having first conductivity and extending outward from the first surface of the substrate;
An active layer covering a side surface of the core layer;
A shell layer having a second conductivity and covering a side surface of the active layer and a first end of the core layer opposite to the substrate;
A contact layer having a second conductivity, having a band gap energy smaller than that of the shell layer, and covering a side surface of the shell layer and a second end of the shell layer opposite to the substrate;
A crystalline covering layer having a higher band gap energy than the contact layer and covering a third end of the contact layer opposite to the substrate;
An optical semiconductor device comprising:

前記シェル層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層の発光波長又は受光波長に対応するエネルギーよりも大きく、
前記コンタクト層のバンドギャップエネルギーは、前記活性層の発光波長又は受光波長に対応するエネルギーよりも小さく、
前記被覆層のバンドギャップエネルギーは、活性層の発光波長又は受光波長に対応するエネルギーよりも大きい請求項１に記載の光半導体素子。 The band gap energy of the shell layer is greater than the energy corresponding to the light emission wavelength or light reception wavelength of the active layer,
The band gap energy of the contact layer is smaller than the energy corresponding to the light emission wavelength or light reception wavelength of the active layer,
The optical semiconductor element according to claim 1, wherein a band gap energy of the coating layer is larger than an energy corresponding to a light emission wavelength or a light reception wavelength of the active layer.

前記コンタクト層の前記第３端部における量子力学的な実効バンドギャップエネルギーは、前記活性層の発光波長又は受光波長に対応するエネルギーよりも大きい請求項２に記載の光半導体素子。 3. The optical semiconductor device according to claim 2, wherein a quantum mechanical effective band gap energy at the third end portion of the contact layer is larger than an energy corresponding to a light emission wavelength or a light reception wavelength of the active layer.

前記コア層がＩｎＰを用いて形成され、前記シェル層がＩｎＰを用いて形成され、前記コンタクト層がＩｎＧａＡｓを用いて形成され、前記被覆層がＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＩｎＰを用いて形成される請求項１〜３の何れか一項に記載の光半導体素子。 The core layer is formed using InP, the shell layer is formed using InP, the contact layer is formed using InGaAs, and the covering layer is formed using InGaP or AlGaInP. 4. The optical semiconductor element according to any one of 3 above.

前記コア層がＧａＡｓを用いて形成され、前記シェル層がＡｌＧａＡｓを用いて形成され、前記コンタクト層がＧａＡｓを用いて形成され、前記被覆層がＡｌＡｓ又はＡｌＧａＡｓを用いて形成される請求項１〜３の何れか一項に記載の光半導体素子。 The core layer is formed using GaAs, the shell layer is formed using AlGaAs, the contact layer is formed using GaAs, and the covering layer is formed using AlAs or AlGaAs. 4. The optical semiconductor element according to any one of 3 above.

前記コンタクト層の側面上に配置される第１電極層と、
前記基板の第２面上に配置される第２電極層と、を備える請求項１〜５の何れか一項に記載の光半導体素子。 A first electrode layer disposed on a side surface of the contact layer;
The optical semiconductor element as described in any one of Claims 1-5 provided with the 2nd electrode layer arrange | positioned on the 2nd surface of the said board | substrate.

半導体の基板上に、第１導電性を有し、外方に向かって延びるコア層を形成し、
前記コア層の側面を覆う活性層を形成し、
第２導電性を有し、前記活性層の側面及び前記コア層の前記基板とは反対側の第１端部を覆うシェル層を形成し、
第２導電性を有し、前記シェル層よりも小さいバンドギャップエネルギーを有し、前記シェル層の側面及び前記シェル層の前記基板とは反対側の第２端部を覆うコンタクト層を形成し、
前記コンタクト層よりも高いバンドギャップエネルギーを有し、前記コンタクト層の前記基板とは反対側の第３端部を覆う、結晶性の被覆層を形成する、光半導体素子の製造方法。 Forming a core layer having first conductivity and extending outward on a semiconductor substrate;
Forming an active layer covering a side surface of the core layer;
Forming a shell layer having a second conductivity and covering a side surface of the active layer and a first end of the core layer opposite to the substrate;
Forming a contact layer having second conductivity, having a band gap energy smaller than that of the shell layer, and covering a side surface of the shell layer and a second end of the shell layer opposite to the substrate;
A method for manufacturing an optical semiconductor device, comprising: forming a crystalline covering layer having a band gap energy higher than that of the contact layer and covering a third end portion of the contact layer opposite to the substrate.