(57)【要約】【課題】ＡｌＧａＡｓからなる半導体層とＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層とを用いる半導体発光装置において、高出力動作が可能となるように、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層とＡｌＧａＡｓからなる半導体層とに所望の濃度のｐ型不純物を添加できるようにする。【解決手段】基板１１の上には、ｎ型クラッド層１２、活性層１３、第１のｐ型クラッド層１４、エッチング停止層１５、第２のｐ型クラッド層１６、第１のコンタクト層１７、電流ブロック層１９及び第２のコンタクト層２０が順次積層されている。ｐ型不純物として、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１４、エッチング停止層１５、第２のｐ型クラッド層１６及び第１のコンタクト層１７にはＭｇが添加され、ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層２０にはＺｎが添加されている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に、リンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層をマグネシウムを添加しながら成長する第１の工程と、
前記第１の半導体層の上に、ヒ素を含む化合物半導体からなる第２の半導体層を成長する第２の工程とを備え、
前記第２の工程において、前記第２の半導体層にマグネシウムと異なるｐ型の不純物を添加することを特徴とする化合物半導体の製造方法。
【請求項２】
前記第２の工程において、前記ｐ型の不純物は、前記第２の半導体層の形成開始時から形成終了時までのほぼ全期間にわたって添加することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項３】
前記第２の工程において、前記第２の半導体層は、マグネシウムをも添加しながら成長することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項４】
前記第２の工程において、前記ｐ型の不純物は、前記第２の半導体層の形成開始時から所定の期間にのみ添加することを特徴とする請求項３に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項５】
前記ｐ型の不純物は亜鉛、ベリリウム又は炭素であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項６】
基板の上に形成され、マグネシウムが添加され且つリンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成され、マグネシウムと異なるｐ型の不純物が添加され且つヒ素を含む化合物半導体からなる第２の半導体層とを備えていることを特徴とする化合物半導体。
【請求項７】
前記ｐ型の不純物は、前記第２の半導体層の厚さ方向にほぼ均一に分布していることを特徴とする請求項６に記載の化合物半導体。
【請求項８】
前記第２の半導体層はマグネシウムがさらに添加されていることを特徴とする請求項６に記載の化合物半導体。
【請求項９】
前記ｐ型の不純物は、前記第２の半導体層における前記第１の半導体層との界面側にのみ添加されていることを特徴とする請求項８に記載の化合物半導体。
【請求項１０】
前記ｐ型の不純物は亜鉛、ベリリウム又は炭素であることを特徴とする請求項６〜９のうちのいずれか１項に記載の化合物半導体。
【請求項１１】
基板の上に、ｎ型クラッド層及び活性層を順次形成する第１の工程と、
前記活性層の上に、リンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層をマグネシウムを添加しながら成長する第２の工程と、
前記第１の半導体層の上に、ヒ素を含む化合物半導体からなる第２の半導体層を成長する第３の工程とを備え、
前記第３の工程において、前記第２の半導体層にマグネシウムと異なるｐ型の不純物を添加することを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第３の工程において、前記ｐ型の不純物は、前記第２の半導体層の形成開始時から形成終了時までのほぼ全期間にわたって添加することを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第３の工程において、前記第２の半導体層は、マグネシウムをも添加しながら成長することを特徴とする請求項１１に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第３の工程において、前記ｐ型の不純物は、前記第２の半導体層の形成開始時から所定の期間にのみ添加することを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記ｐ型の不純物は亜鉛、ベリリウム又は炭素であることを特徴とする請求項１１〜１４のうちのいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第２の工程において、マグネシウムの添加は、濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上となるように行うことを特徴とする請求項１１〜１５のうちのいずれか１項に記載の半導体発光装置の製造方法。
【請求項１７】
基板の上に形成されたｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層の上に形成された活性層と、
前記活性層の上に形成され、マグネシウムが添加され且つリンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の上に形成され、マグネシウムと異なるｐ型の不純物が添加され且つヒ素を含む化合物半導体からなる第２の半導体層とを備えていることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項１８】
前記ｐ型の不純物は、前記第２の半導体層の厚さ方向にほぼ均一に分布していることを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光装置。
【請求項１９】
前記第２の半導体層はマグネシウムがさらに添加されていることを特徴とする請求項１７に記載の半導体発光装置。
【請求項２０】
前記ｐ型の不純物は、前記第２の半導体層における前記第１の半導体層との界面側にのみ添加されていることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光装置。
【請求項２１】
前記ｐ型の不純物は亜鉛、ベリリウム又は炭素であることを特徴とする請求項１７〜２０のうちのいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【請求項２２】
前記第１の半導体層におけるマグネシウムの濃度は、５×１０１７ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１７〜２１のうちのいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料とＡｌＧａＡｓ系の半導体材料とを用いて構成される化合物半導体及びその製造方法並びに半導体発光装置並びにその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルヴァーサタイルディスク（ＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｋ）装置は、極めて高密度に情報を記録できることから、パーソナルコンピュータや映像音響機器の分野で急速に普及している。特に、書き込み又は書き換えが可能なＤＶＤ装置は、例えば大容量の外部記憶装置（例えば、いわゆるＤＶＤ−ＲやＤＶＤ−ＲＡＭ）又はビデオテープレコーダに替わる次世代の映像記録装置（ＤＶＤレコーダ）としてのさらなる普及が期待されており、このためには書き込み速度の向上が重要な課題となる。
【０００３】
このような書き込み又は書き換えが可能なＤＶＤ装置において、データの読み出し又は書き換えを行うためのピックアップ光源には、波長が約６５０ｎｍの赤色光を出力する半導体レーザ装置が用いられている。従って、ＤＶＤ装置の書き込み速度を向上するためには、半導体レーザ装置の高出力化が必要であり、具体的には１００ｍＷを超える高出力での動作が要求される。
【０００４】
以下、従来例として、赤色光を出力する半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図４は従来例に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図４に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１０１の上には、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層１０２、ＡｌＧａＩｎＰ層とＧａＩｎＰ層とが交互に積層された量子井戸構造を有する活性層１０３、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１０４及びＧａＩｎＰからなるエッチング停止層１０５が順次積層されている。エッチング停止層１０５の上には、リッジ形状に加工されたＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層１０６と、その上にｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層１０７とが形成され、エッチング停止層１０５の上のｐ型クラッド層１０６及び第１のコンタクト層１０７の側方領域を埋めるように、ＡｌＩｎＰからなる電流ブロック層１０８が形成され、さらに第１のコンタクト層１０７及び電流ブロック層１０８の上にはｐ型ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層１０９が形成されている。
【０００６】
ここで、基板１０１の上の各半導体層は、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法を用いた結晶成長により形成される。
【０００７】
また、基板１０１のｎ型クラッド層１０２と反対側の面上及び第２のコンタクト層１０９の上には、それぞれｎ側電極１１０及びｐ側電極１１１が形成されている。
【０００８】
しかし、従来の半導体レーザ装置は、そのエネルギーバンド構造において、活性層１０３と第１のｐ型クラッド層１０４との伝導帯のバンドギャップ差（バンドオフセット）が小さいため、特に高温で高出力にすると、活性層１０３に注入された電子が第１のｐ型クラッド層１０４側へ流出する、いわゆるオーバーフローが生じて、注入された電子のうち発光に寄与しない成分が増大して出力が飽和し、高出力の動作が困難となる。
【０００９】
このような活性層１０３における電子のオーバーフローを抑制するためには、第１のｐ型クラッド層１０４に高濃度のｐ型不純物を添加して電子に対する障壁を大きくする方法が有効である。
【００１０】
ところが、ｐ型不純物として通常に用いられる亜鉛（Ｚｎ）は、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料に対する拡散係数が大きいため、半導体レーザ装置の製造工程の結晶成長又は熱処理の間に第１のｐ型クラッド層１０４から活性層１０３の量子井戸にまでＺｎが拡散してしまう。従って、第１のｐ型クラッド層１０４に高濃度のｐ型不純物を添加すると、活性層１０３の量子井戸に拡散したＺｎにより非発光性の再結合中心が生じて発光効率が低下する。また、Ｚｎが拡散することにより量子井戸の結晶性が劣化するため、半導体レーザ装置の信頼性が低下するという問題をも生じる。
【００１１】
そこで、本願発明者は、図４に示す従来の半導体レーザ装置において、拡散係数が小さいマグネシウム（Ｍｇ）をｐ型の不純物として用い、第１のｐ型クラッド層１０４、エッチング停止層１０５、第２のｐ型クラッド層１０６及び第１のコンタクト層１０７に対しては濃度が約１×１０１８ｃｍ−３、第２のコンタクト層１０９に対しては約３×１０１８ｃｍ−３となるように構成した。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の半導体レーザ装置は、ｐ型不純物としてＭｇを用いると、動作電圧が上昇し、素子の発熱により高出力での動作が阻害されるという問題が生じる。
【００１３】
本願発明者は、このような問題の原因について種々の検討を重ねた結果、第２のコンタクト層１０９における第１のコンタクト層１０７の界面付近で、ドーピング遅れと呼ばれる現象により不純物濃度が著しく低下していることから、Ｖ族元素にリンを含む化合物半導体ではドーピング遅れが生じず、Ｖ族元素にヒ素を含む化合物半導体ではドーピング遅れが生じるという知見を得ている。
【００１４】
以下に、前記従来の半導体レーザ装置の各半導体層におけるＭｇのドーピング特性について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図５は、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法を用いて測定した従来の半導体レーザ装置におけるマグネシウムの濃度プロファイルを示している。図５において、縦軸は不純物濃度（マグネシウム濃度）を表し、横軸は第２のコンタクト層１０９の上部からｎ型クラッド層１０２のまでの深さ方向の距離を表している。また、グラフの上部には横軸の距離とそれぞれ対応する半導体層を示す符号を付している。
【００１６】
図５に示すように、ＡｌＧａＩｎＰ又はＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層１０４、エッチング停止層１０５、第２のｐ型クラッド層１０６及び第１のコンタクト層１０７におけるＭｇの濃度は、設定したとおり約１×１０１８ｃｍ−３である。また、Ｍｇの活性層１０３側への拡散は量子井戸にまで達しておらず、量子井戸の上側の光ガイド層で停止する程度に抑制されている。
【００１７】
ところが、ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層１０９は、濃度が約３×１０１８ｃｍ−３となるようにＭｇを添加しているにもかかわらず、第１のコンタクト層１０７との界面側における厚さが約０．１μｍの領域ではＭｇの濃度が約１×１０１７ｃｍ−３程度にまで低下している。
【００１８】
これは、第２のコンタクト層１０９を結晶成長により形成する初期の段階において、所定量のＭｇを供給しても、Ｍｇが形成中の第２のコンタクト層１０９に取り込まれないために生じる現象と考えられる。このような、結晶成長の初期においてドーパントが結晶成長中の半導体層に取り込まれない現象はドーピング遅れと呼ばれ、ｐ型不純物の中でも特にマグネシウム（Ｍｇ）に特有の現象として知られている。
【００１９】
これまでのところ、前述のようなドーピング遅れが生じる原因については明らかにされていないが、図５に示すように、Ｖ族元素にリン（Ｐ）を含む第１のｐ型クラッド層１０４、エッチング停止層１０５、第２のｐ型クラッド層１０６及び第１のコンタクト層１０７では、ＩＩＩ　族元素の組成が異なるにもかかわらず、半導体層の深さ方向のほぼ全域にわたって、不純物がほぼ均一な濃度で添加されているのに対し、Ｖ族元素にヒ素（Ａｓ）を含む第２のコンタクト層１０９にのみドーピング遅れが生じていることから、Ｖ族元素にＰを含む化合物半導体ではドーピング遅れが生じず、Ｖ族元素にＡｓを含む化合物半導体ではドーピング遅れが生じると言ってよい。
【００２０】
なお、このようなドーピング特性の差が生じる原因は、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法において、結晶成長面へのＭｇの吸着作用が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体のＶ族元素がＡｓの場合と比べて、Ｐの場合の方が大きいためと考えられる。
【００２１】
このように、前記従来の半導体レーザ装置において、ｐ型不純物としてＭｇを用いる場合には、ＡｌＧａＡｓ系半導体においてドーピング遅れが生じるため、第２のコンタクト層１０９における第１のコンタクト層１０７との界面付近の不純物濃度が不足して高抵抗となるので、動作電圧と直列抵抗とが増大して、素子の発熱により高出力動作が阻害されるということを突き止めている。
【００２２】
また、前述したように、ｐ型不純物としてＺｎを用いる場合には、高濃度のＺｎを添加すると活性層１０３にＺｎが拡散するため、電子のオーバーフローを抑制抑制して高出力化を図ることが困難である。
【００２３】
本発明は、前記従来の問題を解決し、ＡｌＧａＡｓからなる半導体層とＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層とを用いる半導体発光装置において、高出力動作が可能となるように、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層とＡｌＧａＡｓからなる半導体層とに所望の濃度のｐ型不純物を添加できるようにすることを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、Ｖ族元素にリンを含む化合物半導体ではドーピング遅れが生じず、Ｖ族元素にヒ素を含む化合物半導体ではドーピング遅れが生じるという本願発明者の知見に基づいて、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層にはＭｇを添加し、ＡｌＧａＡｓからなる半導体層にはＭｇと異なるｐ型の不純物を添加する構成とする。
【００２５】
具体的に、本発明に係る化合物半導体の製造方法は、基板の上に、リンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層をマグネシウムを添加しながら成長する工程と、第１の半導体層の上に、ヒ素を含む化合物半導体からなる第２の半導体層を成長する第２の工程とを備え、第２の工程において、第２の半導体層にマグネシウムと異なるｐ型の不純物を添加する。
【００２６】
本発明の化合物半導体の製造方法によると、リンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層をマグネシウムを添加しながら成長する工程と、ヒ素を含む化合物を成長して第２の半導体層を形成する工程とを備え、第２の半導体層の形成工程にはマグネシウムと異なるｐ型の不純物を添加するため、第１の半導体層ではｐ型の不純物の基板側への拡散を抑制することができ、また第２の半導体層ではドーピング遅れによる不純物濃度の低下が生じない化合物半導体を得ることができる。従って、半導体発光装置において、第１の半導体層をｐ型クラッド層に、第２の半導体層をコンタクト層にそれぞれ用いることにより、ｐ型クラッド層に高濃度の不純物を添加して電子のオーバーフローを抑制すると共に、コンタクト層に均一に不純物を添加して低抵抗化することができるため、高出力の動作が可能で信頼性の高い半導体発光装置を得ることができる。
【００２７】
本発明の化合物半導体の製造方法の第２の工程において、ｐ型の不純物は、第２の半導体層の形成開始時から形成終了時までのほぼ全期間にわたって添加することが好ましい。
【００２８】
本発明の化合物半導体の製造方法の第２の工程において、第２の半導体層は、マグネシウムをも添加しながら成長することが好ましい。このようにすると、第２の半導体層において、マグネシウムのドーピング遅れにより不純物濃度の低下が生じても、マグネシウムと異なるのｐ型の不純物を添加することにより、所望の不純物濃度を確保することができる。
【００２９】
本発明の化合物半導体の製造方法の第２の工程において、ｐ型の不純物は、第２の半導体層の形成開始時から所定の期間にのみ添加することが好ましい。
【００３０】
本発明の化合物半導体の製造方法において、ｐ型の不純物は亜鉛、ベリリウム又は炭素であることが好ましい。
【００３１】
本発明に係る化合物半導体は、基板の上に形成され、マグネシウムが添加され且つリンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成され、マグネシウムと異なるｐ型の不純物が添加され且つヒ素を含む化合物半導体からなる第２の半導体層とを備えている。
【００３２】
本発明の化合物半導体によると、マグネシウムが添加され且つリンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層と、マグネシウムと異なるｐ型の不純物が添加され且つヒ素を含む化合物半導体からなる第２の半導体層とを備えているため、第１の半導体層ではｐ型の不純物の基板側への拡散を抑制することができ、また第２の半導体層ではドーピング遅れによる不純物濃度の低下が生じない。従って、半導体発光装置において、第１の半導体層をｐ型クラッド層に、第２の半導体層をコンタクト層にそれぞれ用いることにより、ｐ型クラッド層に高濃度の不純物を添加して電子のオーバーフローを抑制すると共に、コンタクト層に均一に不純物を添加して低抵抗化することができるため、高出力の動作が可能で信頼性の高い半導体発光装置を得ることができる。
【００３３】
本発明の化合物半導体において、ｐ型の不純物は、第２の半導体層の厚さ方向にほぼ均一に分布していることが好ましい。
【００３４】
本発明の化合物半導体において、第２の半導体層はマグネシウムがさらに添加されていることが好ましい。
【００３５】
本発明の化合物半導体において、ｐ型の不純物は、第２の半導体層における第１の半導体層との界面側にのみ添加されていることが好ましい。
【００３６】
本発明の化合物半導体において、ｐ型の不純物は亜鉛、ベリリウム又は炭素であることが好ましい。
【００３７】
本発明に係る半導体発光装置の製造方法は、基板の上に、ｎ型クラッド層及び活性層を順次形成する第１の工程と、活性層の上に、リンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層をマグネシウムを添加しながら成長する第２の工程と、第１の半導体層の上に、ヒ素を含む化合物半導体からなる第２の半導体層を成長する第３の工程とを備え、第３の工程において、第２の半導体層にマグネシウムと異なるｐ型の不純物を添加する。
【００３８】
本発明の半導体発光装置の製造方法によると、活性層の上にリンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層をマグネシウムを添加しながら成長すると、ヒ素を含む化合物半導体からなる第２の半導体層を成長する工程とを備え、第２の半導体層の形成工程にはマグネシウムと異なるｐ型の不純物を添加するため、第１の半導体層から活性層側への不純物の拡散を抑制することができ、また第２の半導体層ではドーピング遅れによる不純物濃度の低下が生じることがない。従って、第１の半導体層に高濃度の不純物を添加することにより活性層における電子のオーバーフローを抑制し、且つ第２の半導体層を低抵抗化しながらコンタクト層として用いることができるため、高性能で高出力の半導体発光装置を得ることができる。
【００３９】
本発明の半導体発光装置の製造方法の第３の工程において、ｐ型の不純物は、第２の半導体層の形成開始時から形成終了時までのほぼ全期間にわたって添加することが好ましい。
【００４０】
本発明の半導体発光装置の製造方法の第３の工程において、第２の半導体層は、マグネシウムをも添加しながら成長することが好ましい。
【００４１】
本発明の半導体発光装置の製造方法の第３の工程において、ｐ型の不純物は、第２の半導体層の形成開始時から所定の期間にのみ添加することが好ましい。
【００４２】
本発明の半導体発光装置の製造方法において、第３の工程におけるｐ型の不純物は亜鉛、ベリリウム又は炭素であることが好ましい。
【００４３】
本発明の半導体発光装置の製造方法の第２の工程において、マグネシウムの添加は、濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上となるように行うことが好ましい。このようにすると、活性層における電子のオーバーフローを確実に抑制できる。
【００４４】
本発明に係る半導体発光装置は、基板上に形成されたｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上に形成された活性層と、活性層の上に形成され、マグネシウムが添加され且つリンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成され、且つマグネシウムと異なるｐ型の不純物が添加されたヒ素を含む化合物半導体からなる第２の半導体層とを備えている。
【００４５】
本発明の半導体発光装置によると、活性層の上に形成され、マグネシウムが添加され且つリンを含む化合物半導体からなる第１の半導体層と、第１の半導体層の上に形成され、且つマグネシウムと異なるｐ型の不純物が添加されたヒ素を含む化合物半導体からなる第２の半導体層とを備えているため、第１の半導体層ではｐ型の不純物の活性層側への拡散を抑制することができ、また第２の半導体層ではドーピング遅れによる不純物濃度の低下が生じることがない。従って、第１の半導体層を高濃度の不純物が添加されたｐ型クラッド層として用いることにより活性層における電子のオーバーフローを抑制し、且つ第２の半導体層を低抵抗のコンタクト層として用いることができるため、半導体発光装置の高出力化が可能である。
【００４６】
本発明の半導体発光装置において、ｐ型の不純物は第２の半導体層の厚さ方向に均一に分布していることが好ましい。
【００４７】
本発明の半導体発光装置において、第２の半導体層はマグネシウムがさらに添加されていることが好ましい。
【００４８】
本発明の半導体発光装置において、ｐ型の不純物は、第２の半導体層における第１の半導体層との界面側にのみ添加されていることが好ましい。
【００４９】
本発明の半導体発光装置において、ｐ型の不純物は亜鉛、ベリリウム又は炭素であることが好ましい。
【００５０】
本発明の半導体発光装置において、第１の半導体層におけるマグネシウムの濃度は、５×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましい。
【００５１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書においてＡｌＧａＩｎＰとは、ＩＩＩ　族元素にアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１つを含み、且つＶ族元素にリン（Ｐ）を含む化合物であって、一般式がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＰ　（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である）で表される化合物のことである。また、ＡｌＧａＡｓとは、ＩＩＩ　族元素にＡｌ及びＧａのうちの少なくとも１つを含み、且つＶ族元素にヒ素（Ａｓ）を含む化合物であって、一般式が　ＡｌｚＧａ１−ｚＡｓ　（但し、０≦ｚ≦１である）で表される化合物のことである。
【００５２】
図１は、本発明に係る半導体発光装置の断面構成を示している。図１に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板１１の上には、ｎ型　Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐからなる膜厚が約２μｍのｎ型クラッド層１２、複数のＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層が積層されてなる活性層１３、ｐ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ　からなる膜厚が約０．２μｍの第１のｐ型クラッド層１４、ｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる膜厚が約１０ｎｍのエッチング停止層１５が順次積層されており、エッチング停止層１５の上には、ｐ型Ａｌ０．３５Ｇａ０．１５Ｉｎ０．５Ｐ　からなる膜厚が約１μｍの第２のｐ型クラッド層１６及びｐ型Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる膜厚が約５０ｎｍの第１のコンタクト層１７が共振器方向に延びるリッジ形状に形成されている。
【００５３】
ここで、第１のｐ型クラッド層１４、エッチング停止層１５、第２のｐ型クラッド層１６及び第１のコンタクト層１７をｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１８と呼ぶことにする。
【００５４】
第１のコンタクト層１７の上を除くエッチング停止層１５の上には、第２のクラッド層１６及び第１のコンタクト層１７の側方領域を埋めるように、且つ第１のコンタクト層１７の上側にストライプ状の窓を有するようにｎ型Ａｌ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる膜厚が約０．３μｍの電流ブロック層１９が形成されており、また第１のコンタクト層１７及び電流ブロック層１９の上にはｐ型ＧａＡｓからなる膜厚が約３μｍの第２のコンタクト層２０が形成されている。
【００５５】
また、基板１１のｎ型クラッド層１２と反対側の面上には例えばＡｕ、Ｇｅ及びＮｉを含む合金からなり、基板１１とオーミック接触するｎ側電極２１が形成されている。また、第２のコンタクト層２０の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕを含む合金からなり、第２のコンタクト層２０とオーミック接触するｐ側電極２２が形成されている。
【００５６】
なお、図示はしていないが、活性層１３は、Ｇａ０．５Ｉｎ０．５Ｐからなる膜厚が約５ｎｍの井戸層とＡｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ　からなる膜厚が約６ｎｍの障壁層とが井戸層を外側として交互に積層された量子井戸と、該量子井戸の上下に形成され、Ａｌ０．２５Ｇａ０．２５Ｉｎ０．５Ｐ　からなる膜厚が約２０ｎｍの光ガイド層とによって構成された多重量子井戸構造を有している。なお、井戸層は６５０ｎｍの波長と対応するバンドギャップを有している。
【００５７】
前述の各半導体層の具体的な厚さ、化合物組成及びドーパントとその濃度の一例とを表１に示す。
【００５８】
【表１】
2004022630.tif 000003
【００５９】
表１に示すように、基板１１及びｎ型クラッド層１２にはｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）が添加されている。また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１８（すなわち、第１のｐ型クラッド層１４、エッチング停止層１５、第２のｐ型クラッド層１６及び第１のコンタクト層１７）にはｐ型不純物として濃度が約１×１０１８ｃｍ−３のＭｇが添加されており、ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層２０にはｐ型不純物として濃度が約３×１０１８ｃｍ−３のＺｎが添加されている。
【００６０】
以下、前述のように製造された本実施形態の半導体発光装置におけるｐ型不純物の分布について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００６１】
図２は、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）法を用いて測定した本実施形態の半導体発光装置におけるｐ型不純物の濃度プロファイルを示している。なお、図２において、縦軸はｐ型不純物（Ｍｇ及びＺｎ）の濃度を表し、横軸は、第２のコンタクト層２０の上部から基板１１に向かう深さ方向の距離を表している。また、グラフの上部には、横軸の距離とそれぞれ対応する半導体層を示す符号を付している。
【００６２】
図２に示すように、第１のｐ型クラッド層１４、エッチング停止層１５、第２のｐ型クラッド層１６及び第１のコンタクト層１７において、ｐ型不純物であるＭｇは、それぞれの深さ方向のほぼ全域にわたって濃度が約１×１０１８ｃｍ−３でほぼ均一に分布している。また、第２のコンタクト層２０において、ｐ型不純物はであるＺｎは、第２のコンタクト層２０の深さ方向のほぼ全域にわたって濃度が約３×１０１８ｃｍ−３でほぼ均一に分布している。さらに、第１のｐ型クラッド層１４から活性層１３へのＭｇの拡散は量子井戸には生じておらず、量子井戸の上側の光ガイド層にのみ生じる程度に抑制されている。
【００６３】
以下、本実施形態に係る半導体発光装置の製造方法について説明する。
【００６４】
まず、基板１１の上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法又は分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法により、ｎ型クラッド層１２、活性層１３、第１のｐ型クラッド層１４、エッチング停止層１５、第２のｐ型クラッド層１６及び第１のコンタクト層１７を順次成長する。ここで、ｎ型クラッド層１２の成長はＳｉを添加しながら行い、第１のｐ型クラッド層１４、エッチング停止層１５、第２のｐ型クラッド層１６及び第１のコンタクト層１７の成長はＭｇを添加しながら行う。
【００６５】
次に、第１のコンタクト層１７の上に、例えばＣＶＤ法により堆積したシリコン酸化膜をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いてストライプ形状にパターニングした後、パターニングしたシリコン酸化膜をマスクとして第１のコンタクト層１７及び第２のｐ型クラッド層１６を順次選択的にエッチングすることにより、第２のｐ型クラッド層１６及び第１のコンタクト層１７をリッジ形状に形成する。
【００６６】
次に、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法により電流ブロック層１９を形成した後、シリコン酸化膜に対してリフトオフを行うことにより、第１のコンタクト層１７の上側に位置する電流ブロック層１９が除去されて電流ブロック層１９にストライプ状の窓が形成される。その後、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法により、第１のコンタクト層１７及び電流ブロック層１９の上にＺｎを添加しながら第２のコンタクト層２０を成長する。
【００６７】
その後、例えば電子線蒸着法等により基板１１のｎ型クラッド層と反対側の面上及び第２のコンタクト層２０の上にそれぞれｎ側電極２１及びｐ側電極２２を形成することにより、本実施形態の半導体発光装置が完成する。
【００６８】
ここで、Ｖ族にリン（Ｐ）を含む化合物半導体ではドーピング遅れが生じず、Ｖ族にヒ素（Ａｓ）を含む化合物半導体ではドーピング遅れが生じるという本願発明者の知見に基づいて、前述のＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法による各半導体層の形成工程においては、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１８である第１のｐ型クラッド層１４、エッチング停止層１５、第２のｐ型クラッド層１６及び第１のコンタクト層１７にはＭｇを添加すると共に、第２のコンタクト層２０にはＺｎを添加している。
【００６９】
このようにすると、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１８ではｐ型不純物の拡散を抑制することができ、また第２のコンタクト層２０ではドーピング遅れが生じないので、ｐ型不純物を各半導体層に所望の濃度で添加することができる。
【００７０】
本実施形態の半導体発光装置は、ｎ側電極２１とｐ側電極２２との間に電圧を印加してｐ側電極２２から電流を注入すると、注入された電流は電流ブロック層１９により狭窄されて活性層１３に到達し、井戸層のバンドギャップと対応する波長が６５０ｎｍのレーザ光を出力する。
【００７１】
ここで、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１８のドーパントにＭｇを用いているため、ｐ型不純物濃度を約１×１０１８ｃｍ−３という高濃度にしても第１のｐ型クラッド層１４から活性層１３へのｐ型不純物の拡散を抑制することができる。従って、半導体発光装置の性能を劣化することなく活性層１３から第１のｐ型クラッド層１４への電子のオーバーフローを抑制でき、半導体発光装置の高出力化が可能である。
【００７２】
また、ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層２０のドーパントにＺｎを用いることにより高濃度で均一なドーピングが可能であるため、半導体発光装置の直列抵抗が増大することがない。この場合において、第２のコンタクト層２０は活性層１３から十分に離れているため、Ｚｎが活性層１３にまで拡散されることがない。従って、図４に示す従来の半導体レーザ装置においてｐ型ドーパントとしてＭｇを添加する場合と比べて、第２のコンタクト層が低抵抗化されており、動作電圧が低下して高出力での動作が可能となる。
【００７３】
具体的に、本実施形態の半導体発光装置は、環境温度が約７０℃の条件においても出力が飽和することなく、１２０ｍＷもの高出力で動作可能である。
【００７４】
（一変形例）
以下、本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の一変形例について図面を参照しながら説明する。
【００７５】
本変形例の半導体発光装置は、第２のコンタクト層２０のドーパント組成を除き、図１及び表１に示す半導体発光装置と同様の構成であるため、図１と同一の符号を付すことにより図示と説明とを省略する。
【００７６】
本変形例の半導体発光装置は、第２のコンタクト層２０のｐ型不純物として、Ｚｎに加えてＭｇが添加されている点が一実施形態と異なっている。
【００７７】
以下、本変形例の半導体発光装置における不純物の分布について図面を参照しながら説明する。
【００７８】
図３は、ＳＩＭＳ法を用いて測定した本変形例の半導体発光装置におけるｐ型不純物の濃度プロファイルを示している。なお、図３において、縦軸はｐ型不純物（Ｍｇ及びＺｎ）の濃度を表し、横軸は、第２のコンタクト層２０の上部から基板１１に向かう深さ方向の距離を表している。また、グラフの上部には、横軸の距離とそれぞれ対応する半導体層を示す符号を付している。
【００７９】
図３に示すように、本変形例では、第２のコンタクト層２０の深さ方向のほぼ全域にわたってＭｇが添加されており、また第２のコンタクト層２０における第１のコンタクト層１７との界面付近の厚さが約０．１μｍ程度の領域にＺｎが添加されており、Ｍｇに加えてさらにＺｎが添加されている。
【００８０】
ここで、Ｚｎが添加されている厚さが約０．１μｍ程度の領域では、Ｍｇの濃度はドーピング遅れによって著しく低下している。すなわち、第２のコンタクト層２０における第１のコンタクト層１７との界面付近にＺｎが添加されることにより、Ｍｇの濃度低下を補うことができ、第２のコンタクト層２０の深さ方向のほぼ全域にわたって約３×１０１８ｃｍ−３の不純物が分布されている。
【００８１】
以下、本変形例の半導体発光装置の製造方法について説明する。
【００８２】
本変形例に係る半導体発光装置の製造方法は、電流ブロック層１９にストライプ状の窓を形成する工程までは、一実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００８３】
本発明の一実施形態と同様にして電流ブロック層１９にストライプ状の窓を形成した後、ＭＯＣＶＤ法又はＭＢＥ法により、第１のコンタクト層１７及び電流ブロック層１９の上に、まずＭｇとＺｎとを添加しながら第２のコンタクト層２０を膜厚が約０．１μｍとなるまで成長し、続いて、Ｍｇを添加しながら第２のコンタクト層２０を膜厚が約３μｍとなるまで成長する。
【００８４】
なお、ＭｇとＺｎとを添加しながら形成する期間は、ここでは膜厚が約０．１μｍとなるまでと説明したが、Ｍｇの添加においてドーピング遅れが生じる厚さと同じ程度の厚さとなるまでであればよい。具体的に、あらかじめＳＩＭＳ法によりＭｇの濃度プロファイルを測定することによりドーピング遅れが生じる厚さを計測し、その厚さと対応する期間にＭｇに加えてＺｎを添加すればよい。
【００８５】
このように、本変形例に係る半導体発光装置では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１８である第１のｐ型クラッド層１４、エッチング停止層１５、第２のｐ型クラッド層１６及び第１のコンタクト層１７にはＭｇを添加することにより、活性層１３へのｐ型不純物の拡散を抑制することができると共に、活性層１３から第１のｐ型クラッド層１４への電子のオーバーフローを抑制することができ、半導体発光装置の高出力化が可能である。
【００８６】
また、ＡｌＧａＡｓからなる第２のコンタクト層２０には、深さ方向のほぼ全域にわたってＭｇが添加されており、第１のコンタクト層１７との界面側ではドーピング遅れが生じているが、ドーピング遅れによるＭｇ濃度の低下を補うようにＺｎを添加することによって、設定したとおりの不純物濃度を実現することができ、コンタクト層２０を低抵抗にして高出力動作が可能となる。
【００８７】
具体的に、本変形例の半導体発光装置は、環境温度が約７０℃の条件においても出力が飽和することなく、１２０ｍＷもの高出力で動作可能である。
【００８８】
なお、本実施形態及びその変形例の半導体発光装置において、コンタクト層２０に添加されるｐ型不純物はＺｎに限られず、ベリリウム（Ｂｅ）又は炭素等、ＡｌＧａＡｓからなる半導体層の形成時にドーピング遅れが生じないｐ型不純物であればよい。
【００８９】
また、本実施形態及びその変形例の半導体発光装置において、ＡｌＧａＩｎＰからなる各半導体層をＧａＡｓからなる基板１１と格子整合させるために、Ｉｎ組成を約０．５としているが、ＡｌＧａＩｎＰからなる各半導体層のＩｎ組成が０．４５以上で且つ０．５５以下の範囲にあればＡｌＧａＩｎＰからなる各半導体層とＧａＡｓからなる基板１１とが格子整合する。
【００９０】
また、本実施形態及びその変形例の半導体発光装置において、基板１１は、ｎ型ＧａＡｓに限られず、例えばｐ型ＧａＡｓからなるｐ型基板を用いてもよい。
【００９１】
また、本実施形態及びその変形例において、電流ブロック層１９にＡｌＩｎＰを用いることにより、実屈折率型の導波路を構成したが、電流ブロック層１９にＧａＡｓを用いて複素屈折率型の導波路を構成してもよい。
【００９２】
また、本実施形態及びその変形例において、導波構造はリッジ導波型に限られず、例えば内部ストライプ型等の他の導波構造にも適用する場合にも同様の効果を得られる。
【００９３】
また、本実施形態及びその変形例において、活性層１３は多重量子井戸構造に限られず、例えば単一量子井戸構造の活性層又は単一構造のバルク活性層であってもよい。
【００９４】
以上説明した本発明の本実施形態及びその変形例の半導体発光装置の特徴は、Ｖ族にリンを含む化合物半導体ではドーピング遅れが生じず、Ｖ族にヒ素を含む化合物半導体層ではドーピング遅れが生じるという本願発明者の知見に基づいて、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層（本実施形態及び変形例ではｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層１８）上にＡｌＧａＡｓからなる半導体層（本実施形態及び変形例では第２のコンタクト層２０）が積層された化合物半導体において、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層にはＭｇを添加し、ＡｌＧａＡｓからなる半導体層には少なくともその形成の初期にＺｎを添加することにある。
【００９５】
このようにすると、高濃度のｐ型不純物を添加する場合であっても、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層ではｐ型不純物が他の半導体層へ拡散しないように、且つＡｌＧａＡｓからなる半導体層ではドーピング遅れが生じないようにすることが可能であり、所望の濃度のｐ型不純物が添加された化合物半導体を得ることができる。これにより、高濃度のｐ型不純物が均一に添加された半導体として、例えば半導体レーザ装置又は発光ダイオード装置等の半導体発光装置に用いることが可能である。
【００９６】
【発明の効果】
本発明の化合物半導体の製造方法によると、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層はＭｇを添加しながら形成し、ＡｌＧａＡｓからなる半導体層はＺｎを添加しながら形成するため、ＡｌＧａＩｎＰからなる半導体層ではｐ型不純物が基板側の半導体層へと拡散することを抑制できると共に、ＡｌＧａＡｓからなる半導体層ではドーピング遅れが生じることがなく、ＡｌＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＡｓが積層された半導体において、設定したとおりの不純物濃度を実現して半導体発光装置の高出力化に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置を示す構成断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る半導体発光装置におけるｐ型不純物の濃度プロファイルを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態の一変形例に係る半導体発光装置におけるｐ型不純物の濃度プロファイルを示す図である。
【図４】従来の半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図５】従来の半導体レーザ装置におけるｐ型不純物の濃度プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
１１　基板
１２　ｎ型クラッド層
１３　活性層
１４　第１のｐ型クラッド層
１５　エッチング停止層
１６　第２のｐ型クラッド層
１７　第１のコンタクト層
１８　ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層（第１の半導体層）
１９　電流ブロック層
２０　第２のコンタクト層（第２の半導体層）
２１　ｎ側電極
２２　ｐ側電極
【図１】
2004022630.tif 000004
【図２】
2004022630.tif 000005
【図３】
2004022630.tif 000006
【図４】
2004022630.tif 000007
【図５】
2004022630.tif 000008