JPS63166285A - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

半導体発光装置の製造方法

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JPS63166285A
JPS63166285A JP61315346A JP31534686A JPS63166285A JP S63166285 A JPS63166285 A JP S63166285A JP 61315346 A JP61315346 A JP 61315346A JP 31534686 A JP31534686 A JP 31534686A JP S63166285 A JPS63166285 A JP S63166285A
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semiconductor light
manufacturing
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Motoyuki Yamamoto
山本　基幸
Yasuhiko Tsuburai
粒来　保彦
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業−■−の利用分野） 本発明は、発光ダイオードや半導体レーザ等の半導体発
光装置の製造方法に係わり、特に素子形成材料としてＡ
ｊ？を含んだ化合物半導体結晶を用いた半導体発光装置
の装造方法に関する。
（従来の技術） 近年、ディジタル・オーディオ・ディスク（ＤＡＤ）　
、ピディオ・ディスク、ドキュメントファイル等の光デ
イスク装置や光通信用光源として、半導体レーザの応用
が開けるにつれて、従来よりも高精能にモード制御され
た半導体レーザが必要とされている。そのための方法と
しては、基板に溝等を形成して電流狭窄効果を持たせた
方法や、ダブルヘテロ接合を成長したのち最上層に加工
を施して電流狭窄及び光閉込め効果を持たせた構造があ
る。
また、気相成長技術の一つとして最近、有機金属を用い
た化学気相成長法、即ちＭＯＣＶＤ法が注目されており
、このＭＯＣＶＤ法を各種半導体レーザの製造に適用す
る試みがなされている。その−例として第５図に、電流
狭窄効果及び作り付は導波路効果を持たせたモード制御
へテロ接合型半導体レーザを示す。
ｎ−ＧａＡｓ基板５０（Ｓｉドープ：２ｘＸＯ１８ｃ１
１°３）上に、ｎ−ＧａＡノ　　Ａｓクラッド層５１０
．６　　０．４ （Ｓｅドープ：　５ｘｌＯ１７ｎ−３）　、アンドープ
ＧａＯ，９４Ａノ０．０６Ａｓ活性層５２．ｐ−ＧａＡ
ノ０．８　　０．４ Ａｓクラッド層５３（Ｚｎドープ：２ｘｌＯ１８ｃ！１
１°３）及びｎ−ＧａＡｌＡｓ電流ブ電流ブタ層５４０
．６　　０．４ （Ｓｃドープ：　７ｘ１０１７ｎ−３）を順次成長サセ
タ後、ホトリソグラフィ技術により中央部のストライブ
部分をクラッド層５３の中間部まで形成する。次いで゛
、再度ｐ−Ｇａ　　　Ａ、ｉ？　　　Ａｓ光導波路層０
．７　　　　０．３ ５５（Ｚｎドープ：２ｘｌＯ１８ｃＴ１°３）、　　ｐ
−Ｇａ０．６ ＡＩ　　Ａｓクラッド層５６（Ｚｎドープ：　２ＸＩＯ
１Ｂ０．４ Ｇ−３）及びｐ−ＧａＡｓコンタクト層５７（Ｚｎドー
プ：　１ｘｌＯ’（ｉ°３）をＭＯＣＶＤ法で成長する
。
ｐ側及びｎ側電極５８．５９としては、Ｔｌ／Ｐｉ／Ａ
ｕ及びΔｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ及びをそれぞれ用いている
。
この半導体レーザに電流を供給すると、ストライブ部の
みに電流が狭窄されることになり、しきい電流が低く　
　１５ｍＡで発振する。また、ストライブ部とストライ
ブ外との屈折率差により活性層５２で発光した光はスト
ライブ内に制御され、連続動作で３０＋ｎＷまで横モー
ドが安定である。
しかしながら、この種の半導体レーザにあっては次のよ
うな問題があった。即ち、ｐ型クラッド層５３に蒸気圧
の高いＺｎをドープしているため、先導波路層５５以降
の再成長層を成長する昇温過程で、クラッド層５３のス
トライブ部から成長炉雰囲気（水素ガス）へＺｎが蒸発
してしまう。このため、ストライブ部分のアクセプタ濃
度が低くなったり、最悪の場合はｐ型からｎ型へ転換し
てしまう。そして、ストライブ部のアクセプタ濃度が低
下すると、半導体レーザの電圧−電流特性が悪くなり、
素子特性の劣化や寿命の低下を招くことになる。
また、ｐ側電極５８は非合金電極のため、コンタクト層
５７のキャリア濃度としてはｌＸ１０１９α°３以上で
ないと良好なコンタクト抵抗が得られない。しかし、コ
ンタクト層５７の成長終了後降温までの時間に成長炉の
Ｚｎ分圧が下がり、降温までの時間に最上層のＧａＡｓ
コンタクト層５７の表面からＺｎ蒸発してしまい、表面
濃度が低下する虞れがある。そして、ｐ側電極５８をそ
のまま蒸着して付けると、その接触抵抗は高いものとな
る。良好な接触抵抗を得るためにはコンタクト層５７を
〜１μｍエツチングする必要があり、その工程が非常に
煩雑であった。
さらに、先導波路層５５以降の再成長層を形成する際に
は、その下地表面（クラッド層５３の露出表面）に自然
酸化膜（Ａ）の酸化膜）が付着している虞れがある。こ
のような酸化膜が付着していると、クラッド層５３と再
成長層との界面で電圧降下が生じ素子特性の劣化を招く
ことになる。
（発明が解決しようとする問題点） このように従来、ＡＩを含むｐ型化合物半導体結晶上に
ＭＯＣＶＤ法等でｐ型置成長層を形成する場合、下地表
面のアクセプタ濃度が低下し、さらに再成長層の最上層
表面のアクセプタ濃度が低下する虞れがあり、これに起
因して半導体発光装置の特性が劣化する等の問題があっ
た。
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、再成長層を形成する際における既成長
層の表面及び最上層表面のアクセプタ濃度の低下を防止
することができ、素子特性の向上をはかり得る半導体発
光装置の製造方法を提供することにある。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の骨子は、再成長層形成の際におけるアクセプタ
濃度の低下を防止するために、再成長層の成長開始前及
び成長後にも基板温度が高い時にはｐ型不純物を供給状
態にしておくことにある。
即ち本発明は、化合物半導体結晶で同種或いは異種のＰ
−Ｎ接合を形成し、最上層のＡ、＋１７を含むｐ型化合
物半導体結晶層上にＡＩを含むｐ型化合物半導体結晶層
を再成長する半導体発光装置の製造方法において、前記
再成長層を形成するための結晶成長炉内に、該成長層の
結晶成長以前（昇温以前）から結晶成長以後（降温後）
までｐ型不純物を流しておくようにした方法である。
例えば、ｐ型不純物としてＺｎを用いたＧａＡｌＡｓ系
からなる半導体レーザに゛おいては、ｐ−ＧａＡ、ｇＡ
ｓ層上にＭＯＣＶＤ法等でｐ−ＧａＡｌＡｓ再成長層を
形成する際に、低成長層表面からのＺｎの蒸発を防止す
るために、成長炉内に２！仮を挿入したのち昇温以前が
らＺｎの原料であるジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を水素ガ
スと共に流す。この場合、ＤＥＺｎの流量としては、既
成長層を成長した峙のＤＥＺｎ流口と同一にするか、そ
れ以上とすることにより既成長層がらのＺｎの蒸発を防
止できることになる。また、降温中でも表面層からＺｎ
が蒸発してしまうので、降温中にもＤＥＺｎをその表面
層成長中と同じ流量を流すことにより高濃度が維持でき
る。
（作用） 」二記方法では、低成長層表面からのｐ型不純物の蒸気
圧と反応炉内のｐ型不純物の分圧が平衡することになり
、低成長層表面からのｐ型不純物の蒸発、を防止できる
。このため、再成長層界面のアクセプタ濃度が低下した
り、ｐ型の低成長層表面がｎ型化する等の不都合を未然
に防止することができる。従って、低成長層表面や再成
長層の最上層表面におけるアクセプタ濃度低下に起因す
る素子特性の劣化を防止することが可能となる。
（実施例） 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。
第１図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図である。図中１０はｎ−ＧａＡｓ基板
（Ｓｊドープ：　２ｘｌＯ１８ｃＩＩ−３）であり、こ
の基板１０上にＭ　ＯＣＶ　Ｄ法により、厚さ　１．５
ｕｎのｎ−ＧａＡ、／Ａｓクラッド層１１０．８　　　
　０．４ （Ｓｅドープ：　５ｘｌＯ１７ｎ−３）　、厚さ０．０
５μｍのアンドープＧａ　　　　Ａ、ｌ？ ０．９４　　０．００Ａｓ活性層１２．厚さ０．５ｕ　
ｖｔのｐ−ＧａＡ１　　Ａｓクラッド層０．８　　　　
０．４ １　Ｂ　（ＺｎＦ−）：　２　ｘ　１０１８ｎ−３）　
及ヒ厚す１．５μｍのｎ−ＧａＡノ　　Ａｓ電流ブロッ
ク層０．１３　　０．４ １４（Ｓｃドープ：　７ｘ１０１７５−３）が連続成長
されている。電流ブロック層１４及びクラッド層１３の
一部にはストライプ状の溝が設けられており、このＬに
厚さ０．１５μｍのｐ−ＧａＡ１　　ＡｓＯ，７０，３ 先導波路層１５（Ｚｎドープ：　２ｘｌＯ１８ｃＩＩＩ
−３）　、厚さ１．５μｍのｐ−ＧａＡノ　　Ａｓクラ
ッド層０．６　　　　０．４ １６　（ＺｎＦ−）：　２ｘｌＯ１８ｎ−３）　及ＣＦ
厚す３　ｕ　ｎノル−ＧａＡｓコンタクト層１７（Ｚｎ
ドープ：１ｘｌＯｃＩＩ−３）が再成長されている。そ
して、ｐ側電極１８としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ、　ｎ側電
極１９としてＡｕＧＯ／Ｎｌ／ＡＵが蒸着されている。
第２図は第１図のＡ−Ａ’綿線上おけるキャリア濃度分
布を示す特性図である。この図のように、クラッド層１
３と光導波路層１５との界面には、ｐキャリア濃度の高
い領域が形成されており、またコンタクト層１７の表面
濃度も高くなっている。
クラクラッド層１３側に高濃度領域ができているのは、
後述する如（ＤＥＺｎの流量がクラッド層１３を成長さ
せた時のＤＥＺｎ流量よりも高くしであるからで、反応
炉内のＺｎの分圧がクラッド層１３中のＺｎの蒸気圧よ
りも高くなっているがらである。さらに、コンタクト層
１７の表面濃度が高くなっているのも、これと同様にし
ているからである。
次に、−に記実施例レーザの製造方法について第３図を
参照して説明する。
まず、第３図（ａ）に示す如く、ｎ−ＧａＡｓ基板１０
上に電流ブロック層１４まで連続成長した後、同図（ｂ
）に示す如くホトリソグラフィ技術を利用し、ストライ
ブ幅２μｍの溝２１を硫酸系エッチャント（８Ｈ２ｓｏ
４＋Ｈ２０２＋Ｈ２０：２０℃）で形成する。なお、こ
のエツチングに際し、では、クラッド層１３を０．２μ
ｍ残すまでエラＤ結晶成長炉内に挿入し、第４図に示す
成長温度プログラムと、成長ガス流量シーケンスに基づ
いて再成長層を成長する。ＤＥＺｎ及びアルシン（以下
ＡｓＨ３）は昇温前５分から流す。成長条件は成長温度
７５０℃、常圧、Ｖ／Ｉ［比（Ｖ族と■族ノモル比）−
２０、成長速度（ＧａＡｓ）＝０．２μＴｒＬ／分、水
素余流＝１０ノ／分である。ＤＥＺｎは最初３ＸＬＯ−
２／ｍ族（モル比）流した。この流量はクラッド層１３
の成長の際のＤＥＺｎ流量の１．５倍である。７５０℃
で２５分間表面の酸化膜のクリーニングを行う。
次いて、ＤＥＺｎ流量を１．５Ｘ、ｔｏ−２／ｍ族とし
て、第３図（ｃ）に示す如く、先導波路層１５及びクラ
ッド層１６を成長させる。さらに、コンタクト層１７を
成長させた後もＤＥＺｎを１．５Ｘ１０−１／■族流し
つづけ、温度が室温になったらＤＥＺｎを止めた。これ
以降は、ｎ側電極１８及びｎ側電極１９をｋ　’Ａする
ことにより、前記第１図に示す構造が実現されることに
なる。
かくして本実施例によれば、蒸気圧の高い不純物（Ｚ　
ｎ）をドープしたＧａＡＪＡｓクラッド層１３上にＺｎ
ドープのＧａＡ、ｌ？Ａｓコンタクト層１５以降の再成
長層を形成する際に、昇温以前から降温後まで結晶成長
炉内にＤＥＺｎを供給し、成長炉内のＺｎ分圧をクラッ
ド層１３のＺｎの蒸気圧よりも高くしている。このため
、再成長層との界面におけるＺ　ｎ　；８度の低下を未
然に防止することができ、さらに再成長層の再上層であ
るコンタクト層１８の表面濃度の低下も防止することが
できる。従って、半導体レーザの温度特性が改善され、
寿命特性が飛躍的に良くなった。
また、一般的にＧａＡ１Ａｓ結晶は酸化膜が生成し易く
、本レーザの再成長加工基板の表面（クラッド層１３の
表面）は自然酸化膜（Ａ）２０３゜Ｇａ２０３　、Ａ８
２０３等）で被覆されている。
表面クリーニング工程でガリウム、ヒ素の酸化膜は蒸発
していると思われるがアルミニウムの数原子層程度の酸
化膜が残る可能性は否定できない。
この場合、成長界面はＰ−ＧａＡＪＡｓ／酸化膜／　Ｐ
　−Ｇ　’ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓ構造となり、この部分で
電圧降ドを起こすことになる。これに対し本実施例では
、再成長界面における不純物濃度が十分高く、Ｌ記の酸
化膜が高濃度にドープされることになるので、この領域
で電圧降下は起こらない。つまり、本実施例では再成長
層の下地表面に残存するＡＩの酸化膜に起因する阻害要
因をも解消できることになる。
また、コンタクト層１７の表面濃度も十分高く設定でき
るので、コンタクト層１７における接触抵抗も非合金電
極で（合金電極では合金層から金等が能動層まで短時間
に拡散し素子を劣化させてしまう）低減でき、素子電流
−電圧特性の大幅な改善をはかることができる。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、既成長居及びこの上に形成する再成長層は
ＧａＡ、ｊ７Ａｓに限るものではなく、蒸気圧の高いｐ
型不純物をドープした化合物半導体結晶であればよい。
そして本発明は、前述したＡＩの酸化膜の影響を解消で
きることから、特にＡ、１１’を含む化合物半導体結晶
層に対して角°効である。さらに、Ｐ形不純物としては
亜鉛に限らず、カドミウム、マグネシウム等の■族元素
に適用できるのは、勿論のことである。また、半導体レ
ーザの構造は前記第１図に限るものではな（、ダブルヘ
テロ接合部を形成したのちに、再成長層の形成が必要な
ものに適用することができる。さらに、半導体レーザに
限らず、発光ダイオードの製造等に適用することも可能
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。
［発明の効果〕 以１−詳述し、たように本発明によれば、再成長層を形
成する際に、該成長層の結晶成長開始以前から結晶成長
以後までｐ型不純物を結晶成長炉内に流すようにしてい
るので、既成長居の表面及び再成長層の最−１一層表面
におけるアクセプタ濃度の低下を防止することができ、
半導体発光装置の素子特性向上をはかることが可能であ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの概略
構造を示す断面図、第２図は上記レーザのキャリア濃度
分布を示す特性図、第３図は上記レーザの製造工程を示
す断面図、第４図は成長温間プログラムと成長ガスシー
ケンスを示す嘆弐図、第５図は従来レーザの断面構造及
びキャリア濃度分布を示す図である。 １０−−・ｎ　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ基板、１１−ｎ　−Ｇ
　ａ　　　Ａノ　　Ａｓクラッド層、０．８　　０．４ １２・・・アンドープＧａ　　　Ａｌ　　　Ａｓ活性層
、０．９４　　０．０６ １３−−−　ｐ　−Ｇ　ａ　　　Ａ　Ｉ！　　　Ａ　ｓ
クラッド層、０．６　　０．４ １４−ｎ　−Ｇ　ａ　　　Ａ　Ｊ　　　Ａ　ｓ電流プロ
１．り０．８　　　　　０．４ 層、 １５−　ｐ−Ｇ　ａ　　　Ａ　Ｊ！　　　Ａ　ｓ光導波
路層、０．７　　０．３ １６−　ｐ　−Ｇ　ａ　　　Ａ　Ｉ　　　Ａ　ｓクラッ
ド層、Ｑ、Ｇ　　　Ｏ，４ １７・・・ｐ−ＧａＡｓコンタクト層、１８・・・ｎ側
電極、 １９・・・ｎ側電極、 ２１・・・ストライブ溝。 出願人代理人　弁理士　鈴江武ハ Ａ″ 第１図 Ａ゛ 第２図 第３図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）化合物半導体結晶で同種或いは異種のＰ−Ｎ接合
    を形成し、最上層のＡｌを含むｐ型化合物半導体結晶層
    上にＡｌを含むｐ型化合物半導体結晶層を再成長して半
    導体発光装置を製造する方法において、前記再成長層を
    形成するための結晶成長炉内に、該成長層の結晶成長以
    前（昇温以前）から結晶成長以後（降温後）までｐ型不
    純物を流しておくことを特徴とする半導体発光装置の製
    造方法。
  2. （２）前記Ａｌを含む化合物半導体結晶として、Ｇａ＿
    １＿−＿ＸＡｌ＿ＸＡｓを用いたことを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の半導体発光装置の製造方法。
  3. （３）前記再成長界面のアクセプタ濃度を、その両側の
    濃度と同じか、或いは高くしたことを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の半導体発光装置の製造方法。
  4. （４）前記再成長層の最上層表面アクセプタ濃度を、１
    ×１０＾１＾９ｃｍ＾−＾３以上に設定したことを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の半導体発光装置の製
    造方法。
  5. （５）前記再成長層を形成する際に、有機金属化学気相
    成長法を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の半導体発光装置の製造方法。
  6. （６）前記再成長層の下地として、 Ｇａ＿１＿−＿ＸＡｌＡｓからなるダブルヘテロ接合部
    上にｎ型ＧａＡｌＡｓ電流阻止層を形成し、この電流素
    子層をストライプ状にエッチングしたものを用いたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体発光装
    置の製造方法。
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