(57)【要約】      （修正有）【課題】ｐ型ＩｎＰ基板のＺｎ濃度（２〜４×１０１８ｃｍ−３）は、ｐ型クラッド層のＺｎ濃度（１×１０１８ｃｍ−３）よりも高い。このため、熱処理によってｐ型ＩｎＰ基板のＺｎがｐ型クラッド層に拡散し、さらにｐ型クラッド層の上部にある活性層まで拡散して、発光効率を低下させるという問題があった。特に、埋込構造の半導体光素子では、結晶成長の回数が多いことから高温の熱処理の回数が多く、この問題が顕著であった。本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、基板からのＺｎの拡散を抑えることができる半導体光素子を提供する。【解決手段】ｐ型ＩｎＰ基板１０とｐ型ＩｎＰクラッド層１６の間に、ＲｕがドープされたＩｎＰ拡散防止層１４を設けることにより、ｐ型ＩｎＰ基板１０やｐ型ＩｎＰバッファ層１２から活性層２０へのＺｎの拡散を抑えることができる。【選択図】図１
2010287804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｚｎがドープされたｐ型ＩｎＰ基板と、
前記ｐ型ＩｎＰ基板上に順次形成された、Ｒｕがドープされた拡散防止層、ｐ型ＩｎＰクラッド層、活性層、及びｎ型ＩｎＰクラッド層とを備えることを特徴とする半導体光素子。
【請求項２】
前記ｐ型ＩｎＰクラッド層は、Ｚｎよりも拡散定数が小さいｐ型不純物がドープされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子。
【請求項３】
前記ｐ型ＩｎＰ基板と前記拡散防止層の間に形成され、Ｚｎがドープされ、前記ｐ型ＩｎＰ基板よりもＺｎ濃度が低いｐ型ＩｎＰバッファ層を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光素子。
【請求項４】
前記ｐ型ＩｎＰクラッド層、前記活性層、及び前記ｎ型ＩｎＰクラッド層がエッチングされてメサストライプが形成され、
前記拡散防止層は、前記メサストライプの底面より下に存在することを特徴とする請求項１−３の何れか１項に記載の半導体光素子。
【請求項５】
前記メサストライプの両側に埋め込まれた埋込層及び電流ブロック層と、
前記ｎ型ＩｎＰクラッド層上に形成されたｎ型コンタクト層とを更に備え、
前記ｎ型コンタクト層、前記埋込層及び前記電流ブロック層がエッチングされて分離溝が形成され、
前記拡散防止層は、前記分離溝の底面より下に存在することを特徴とする請求項４に記載の半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛（Ｚｎ）がドープされたｐ型ＩｎＰ基板を備える半導体光素子に関し、特に基板からのＺｎの拡散を抑えることができる半導体光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩｎＰのｐ型不純物として主にＺｎが用いられる。しかし、ＺｎはＩｎＰなどの結晶中で非常に拡散しやすい。ｐ型不純物の拡散を抑えるには、Ｚｎ以外のｐ型不純物を用いるか、Ｚｎの拡散を抑えることが必要となる。
【０００３】
ＩｎＰのｐ型不純物であってＺｎよりも低拡散なものとしてＢｅ，Ｍｇなどが有る。しかし、Ｂｅ，Ｍｇなどは、ドーピング成長が困難であり、デバイスの歩留やドーパント材料の安定供給観点からも、全層へｐ型不純物として使用することは難しい。
【０００４】
Ｚｎの拡散を抑える方法として、近年注目されているのがＩｎＰ中へのルテニウム（Ｒｕ）ドーピングである。ＩｎＰにＲｕをドーピングすると、ＦｅをドーピングしたＩｎＰと同様に半絶縁性が得られる。そして、ＲｕはＺｎとの相互拡散をほとんど起こさない。例えば、Ｆｅドープ半絶縁性基板とＺｎドープ層の間にＲｕドープ層を挿入して、ＦｅとＺｎの相互拡散を防ぐ技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４４０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体光素子を製造する際に、ｐ型ＩｎＰ基板上に、ｐ型ＩｎＰバッファ層、ｐ型クラッド層、活性層、及びｎ型クラッド層を順次形成する。埋込構造の半導体光素子の場合は、活性層の両側にメサを形成した後、埋込成長を行う。次に、電極とのコンタクト層を成長する。このように結晶成長が複数回必要である。
【０００７】
ｐ型ＩｎＰ基板のＺｎ濃度（２〜４×１０１８ｃｍ−３）は、ｐ型クラッド層のＺｎ濃度（１×１０１８ｃｍ−３）よりも高い。このため、熱処理によってｐ型ＩｎＰ基板のＺｎがｐ型クラッド層に拡散し、さらにｐ型クラッド層の上部にある活性層まで拡散して、発光効率を低下させるという問題があった。特に、埋込構造の半導体光素子では、結晶成長の回数が多いことから高温の熱処理の回数が多く、この問題が顕著であった。
【０００８】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、基板からのＺｎの拡散を抑えることができる半導体光素子を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、Ｚｎがドープされたｐ型ＩｎＰ基板と、前記ｐ型ＩｎＰ基板上に順次形成された、Ｒｕがドープされた拡散防止層、ｐ型ＩｎＰクラッド層、活性層、及びｎ型ＩｎＰクラッド層とを備えることを特徴とする半導体光素子である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、基板からのＺｎの拡散を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体光素子を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体光素子を示す断面図である。ｐ型ＩｎＰ基板１０には、ｐ型不純物としてＺｎがドープされている。
【００１３】
ｐ型ＩｎＰ基板１０上に、Ｚｎがドープされたｐ型ＩｎＰバッファ層１２、ＲｕがドープされたＩｎＰ拡散防止層１４、ｐ型ＩｎＰクラッド層１６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層１８、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層２０、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層２２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層２４、及びｎ型ＩｎＰクラッド層２６が順次形成されている。活性層２０は、ＩｎＧａＡｓＰの量子井戸層とＩｎＧａＡｓＰの障壁層とからなる多重量子井戸（Multiple Quantum Well: MQW）構造を有する。なお、ｎ型不純物としてＳ又はＳｉが用いられている。
【００１４】
ｐ型ＩｎＰクラッド層１６はＢｅがドープされている。なお、Ｚｎよりも拡散定数が小さいｐ型不純物であればよく、Ｂｅの代わりにＭｇなどを用いてもよい。ｐ型ＩｎＰバッファ層１２のＺｎ濃度は、ｐ型ＩｎＰ基板１０のＺｎ濃度よりも低い。
【００１５】
ｐ型ＩｎＰクラッド層１６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層１８、ＩｎＧａＡｓＰからなる活性層２０、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層２２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層２４、及びｎ型ＩｎＰクラッド層２６がエッチングされて、光の導波方向に延在したメサストライプ２８が形成されている。メサストライプ２８は、ｐ型ＩｎＰ基板１０に近いほど幅が広くなっている。
【００１６】
メサストライプ２８の両側にｐ型ＩｎＰ埋込層３０、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層３２及びｐ型ＩｎＰ電流ブロック層３４が埋め込まれている。ｎ型ＩｎＰクラッド層２６上にｎ型ＩｎＰコンタクト層３６が形成されている。このようにメサストライプ２８の両側をｐｎｐ型の電流ブロック構造で埋め込むことで、駆動電流が効率よくメサストライプ２８内の活性層２０に流れるようになっている。
【００１７】
ｎ型ＩｎＰコンタクト層３６、ｐ型ＩｎＰ埋込層３０、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層３２及びｐ型ＩｎＰ電流ブロック層３４がエッチングされて分離溝３８が形成されている。ＩｎＰ拡散防止層１４は、メサストライプ２８や分離溝３８の底面より下に存在する。
【００１８】
この半導体光素子では、通電時に、ｐ型ＩｎＰ基板１０側に正電界が印加され、ｎ型ＩｎＰコンタクト層３６側に負電界が印加される。そして、ｐ型ＩｎＰクラッド層１６側から活性層２０に正孔が注入され、ｎ型ＩｎＰクラッド層２６側から活性層２０に電子が注入される。これらの正孔と電子を結合させることにより、活性層２０からレーザ光が放出される。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る半導体光素子の製造方法について説明する。
まず、図２に示すように、Ｚｎがドープされたｐ型ＩｎＰ基板１０を用意する。そして、有機金属気相成長法（MOVPE: Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）を用いて、ｐ型ＩｎＰ基板１０上に、Ｚｎがドープされたｐ型ＩｎＰバッファ層１２、ＲｕがドープされたＩｎＰ拡散防止層１４、ｐ型ＩｎＰクラッド層１６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層１８、活性層２０、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層２２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層２４、及びｎ型ＩｎＰクラッド層２６を順次形成する。
【００２０】
これらの層を形成する場合、例えば成長温度を６５０℃とし、成長圧力を１００ｍｂａｒとする。また、これらの層を形成するための原料ガスとしては、トリメチルインジウム（TMI: Trimethylindium）、トリメチルガリウム（TMG: Trimethylgallium）、フォスフィン（PH3: Phosphine）、アルシン（AsH3: Arsine）、ジエチル亜鉛（DEZ: Diethylzinc）及び二硫化水素（H2S）を用いる。そして、これらの原料ガスの流量をマスフローコントローラー（MFC: Mass Flow Controller）を用いて制御することにより、各層を所望の組成にする。
【００２１】
次に、図３に示すように、ｎ型ＩｎＰクラッド層２６上にＳｉＯ２膜４０を成膜する。そして、フォトリソグラフィによりメサ上部のみ残るようにＳｉＯ２膜４０をパターニングする。
【００２２】
次に、図４に示すように、ＳｉＯ２膜４０をマスクとし、ＨＢｒ等のウェットエッチャントを用いて、ｐ型ＩｎＰクラッド層１６、ｐ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層１８、活性層２０、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光閉込層２２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰガイド層２４、及びｎ型ＩｎＰクラッド層２６をウェットエッチングしてメサストライプ２８を形成する。この際に、ＩｎＰ拡散防止層１４がエッチングされないようにする。
【００２３】
次に、図５に示すように、メサストライプ２８の両側にｐ型ＩｎＰ埋込層３０、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層３２及びｐ型ＩｎＰ電流ブロック層３４を順次成長させる。その後、ＨＦ等のウェットエッチャントによりＳｉＯ２膜４０をエッチング除去する。
【００２４】
次に、図６に示すように、ｎ型ＩｎＰクラッド層２６及びｐ型ＩｎＰ電流ブロック層３４上にｎ型ＩｎＰコンタクト層３６を成長する。そして、図７に示すように、ｎ型ＩｎＰコンタクト層３６上にＳｉＯ２膜４２を成膜する。さらに、フォトリソグラフィによりＳｉＯ２膜４２をパターニングする。
【００２５】
次に、図８に示すように、ＳｉＯ２膜４２をマスクとし、ＨＢｒ等のウェットエッチャントを用いて、ｐ型ＩｎＰ埋込層３０、ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層３２、ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層３４及びｎ型ＩｎＰコンタクト層３６をウェットエッチングして分離溝３８を形成する。この際に、ＩｎＰ拡散防止層１４がエッチングされないようにする。その後、ＨＦ等のウェットエッチャントによりＳｉＯ２膜４２をエッチング除去する。
以上の工程により本発明の実施の形態に係る半導体光素子が製造される。
【００２６】
本実施の形態では、ｐ型ＩｎＰ基板１０とｐ型ＩｎＰクラッド層１６の間に、ＲｕがドープされたＩｎＰ拡散防止層１４を設けている。ＲｕはＺｎと相互拡散しないことが知られている。従って、ＩｎＰ拡散防止層１４により、ｐ型ＩｎＰ基板１０やｐ型ＩｎＰバッファ層１２から活性層２０へのＺｎの拡散を抑えることができる。この結果、デバイス特性や歩留を向上させることができる。
【００２７】
また、ｐ型ＩｎＰクラッド層１６には、ＢｅやＭｇなどのＺｎよりも拡散定数が小さいｐ型不純物がドープされている。これにより、活性層２０へのｐ型不純物の拡散量を減らすことができる。そして、活性層２０近傍での急峻なドーピングプロファイルを実現し、半導体レーザ素子の特性を向上させることができる。なお、ＢｅやＭｇなどのｐ型不純物を全てのｐ型層に適用するのは困難であるが、ｐ型クラッド層のみに適用することは十分に可能である。
【００２８】
また、ｐ型ＩｎＰ基板１０のＺｎ濃度は２〜４×１０１８ｃｍ−３と高濃度であり、ｐ型ＩｎＰ基板１０の格子間位置に不活性なＺｎが多く含まれている。この格子間位置のＺｎは拡散しやすい。そこで、ｐ型ＩｎＰ基板１０とＩｎＰ拡散防止層１４の間に、ｐ型ＩｎＰ基板１０よりもＺｎ濃度が低いｐ型ＩｎＰバッファ層１２を設けている。これにより、ｐ型ＩｎＰ基板１０からのＺｎの拡散を更に抑えることができる。
【００２９】
また、ｐ型ＩｎＰバッファ層１２及びＩｎＰ拡散防止層１４の層厚は、その後の結晶成長及びプロセスの熱処理でｐ型ＩｎＰ基板１０から拡散してくるＺｎが活性層２０まで拡散しないように設定する。ただし、ＲｕがドープされたＩｎＰ拡散防止層１４は、ＦｅドープＩｎＰと同様に半絶縁性を示す。このため、ＩｎＰ拡散防止層１４を設けたことにより素子抵抗が大きくなる。そこで、ＩｎＰ拡散防止層１４は、Ｚｎの拡散を防止できる層厚を確保しつつ、できるだけ薄くする。
【００３０】
また、半絶縁性のＩｎＰ拡散防止層１４がメサストライプ２８や分離溝３８の底面より上に存在すると、電流経路が狭窄され、素子抵抗の増加は更に顕著になり素子特性が悪化する。そこで、ＩｎＰ拡散防止層１４をメサストライプ２８や分離溝３８の底面より下に設けている。
【００３１】
なお、本実施の形態ではＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザについて述べたが、ＡｌＧａＩｎＡｓなど、ＩｎＰ基板にヘテロ成長可能な材料を活性層に用いた半導体レーザでも有効である。さらに、半導体レーザだけでなく、光変調器、フォトダイオード等の他の半導体光素子や、半導体レーザと光変調器やフォトダイオードなどを集積した光半導体素子についても同様の効果が期待できる。
【００３２】
また、本実施の形態ではメサストライプ２８及び分離溝３８をウェットエッチングにより形成したが、これに限らずＲＩＥ（Reactive Ion Etching）などのドライエッチングにより形成してもよい。また、本実施の形態ではＭＯＣＶＤ法を用いて結晶成長を行ったが、これに限らず分子線エピタキシャル成長法（MBE: Molecular Beam Epitaxy）や液相エピタキシー成長法（LPE: Liquid Phase Epitaxy）を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ｐ型ＩｎＰ基板
１２  ｐ型ＩｎＰバッファ層
１４  ＩｎＰ拡散防止層（拡散防止層）
１６  ｐ型ＩｎＰクラッド層
２０  活性層
２６  ｎ型ＩｎＰクラッド層
２８  メサストライプ
３０  ｐ型ＩｎＰ埋込層（埋込層）
３２  ｎ型ＩｎＰ電流ブロック層（電流ブロック層）
３４  ｐ型ＩｎＰ電流ブロック層（電流ブロック層）
３６  ｎ型ＩｎＰコンタクト層
３８  分離溝
【図１】
2010287804.tif 000003
【図２】
2010287804.tif 000004
【図３】
2010287804.tif 000005
【図４】
2010287804.tif 000006
【図５】
2010287804.tif 000007
【図６】
2010287804.tif 000008
【図７】
2010287804.tif 000009
【図８】
2010287804.tif 000010