(57)【要約】【課題】不純物拡散による活性層の劣化を防ぎ、なおかつ十分低い素子抵抗を実現し、高品質なＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザダイオードを得ることを可能とする。【解決手段】ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層３、活性層４、ＭｇドープのＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層５、ＺｎドープＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層６を順次成長させるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザダイオードの製造方法において、上記コンタクト層６を成長させる成長温度を５００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃未満の範囲とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、Ｍｇドープのｐ型クラッド層、Ｚｎドープのｐ型コンタクト層を順次成長させる半導体レーザダイオードの製造方法において、
上記コンタクト層を成長させる成長温度を５００℃以上６００℃以下の範囲とすることを特徴とする半導体レーザダイオードの製造方法。
【請求項２】
ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ＭｇドープのＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、ＺｎドープＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層を順次成長させる半導体レーザダイオードの製造方法において、
上記コンタクト層を成長させる成長温度を５００℃以上６００℃以下の範囲とすることを特徴とする半導体レーザダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｍｇ及びＺｎをｐ型層の導電性制御に用いたものであり、特にＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザダイオードの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザダイオード（ＬＤ）はデジタルバーサタイルディスク（ＤＶＤ）の読み取り用光源、書き込み用光源として広く用いられている。最近の電子機器は高密度実装を行うため、特に高温での動作電流の低減が重要である。このため、ＬＤのｐ型クラッド層のドーピング量を増やしキャリア濃度を大きくして、ヘテロ界面での漏れ電流を低減したり、直列抵抗成分を低減するなどの施策が行われている。
【０００３】
ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体のｐ型ドーパントとしてはベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）等が挙げられる。このうち分子線エピタキシー（ＭＢＥ）で用いられているＢｅ原料は、高濃度で低拡散のドーピングが可能であるが、極めて毒性が強いという欠点を有する。またＺｎは、ＡｌＧａＩｎＰ系化合物半導体内のｐ型ドーパントとして広く用いられているものの、拡散定数が比較的大きく熱工程等による悪影響が生ずることが知られている。
【０００４】
図７に、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体材料を用いた従来の半導体レーザダイオード（ＬＤ）の一例として、特開平９−２１９５６７号公報（特許文献１）に開示されたものを示す。図において、２０１はｎ型ＧａＡｓ基板、２０２は基板２０１上に形成されたｎ型ＧａＡｓからなるバッファ層である。２０３はｎ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層である。２０５はＡｌＧａＩｎＰからなる活性層であり、その上下にノンドープＡｌＧａＩｎＰ層を有する。２０６は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰからなるクラッド層である。すなわち、ＡｌＧａＩｎＰ活性層２０４〜２０６をＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０３とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０７で挟んだダブルヘテロ構造を有している。
【０００５】
２０８はｐ型ＧａＩｎＰコンタクト層、２０９はｐ型ＧａＡｓキャップ層で、ストライプ構造となっており、そのストライプ構造の両側には電流狭窄を行う目的でＧａＡｓからなる電流ブロック層２１０が設けられている。
【０００６】
上記ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザダイオードの特徴は、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２０７のうちのノンドープＡｌＧａＩｎＰ層２０６と接する第１の部分２０７ａには、ｐ型不純物として、従来より用いられているＺｎの代わりに、このＺｎに比べて化合物半導体の固体中で拡散しにくいＭｇがドープされ、残りの第２の部分２０７ｂにはＺｎがドープされている点にある。
【０００７】
このように構成された半導体レーザにおいては、ｐ型クラッド層の活性層側の第１の部分にＺｎがドープされていないか、または、Ｚｎがドープされる場合であっても非常に低濃度で済むことにより、ｐ型クラッド層中のＺｎが活性層中に入り込むのを有効に防止することができる。また、ｐ型クラッド層中のＺｎが活性層中に入り込むのを防止するためにｐ型クラッド層の第２の部分を活性層から過度に離す必要がないので、ｐ型クラッド層の直列抵抗を十分に低くすることができる。 
【０００８】
また一般に、コンタクト層をｐ型ＧａＡｓで構成することも多い（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平９−２１９５６７号公報（図１）
【特許文献２】特許第３０５３８３６号公報（第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、一方、本発明者等の調査によれば、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザダイオードのクラッド層及びコンタクト層のｐ型ドーパントとしてＭｇを用いた場合に、次のような問題が生じることがわかった。
【００１０】
第１に最表面のコンタクト層をＭｇドープによって作製する場合に十分に抵抗の小さいＭｇ−ＧａＡｓ層を得ることが困難である。コンタクト層に必要な２×１０18cm-3から５×１０19cm-3程度のキャリア濃度を得ようとしてもＧａＡｓ層の膜厚方向に均一にＭｇが入らず、ＧａＡｓ層の成長初期に特にＭｇが入りにくいためである。
【００１１】
図３はＧａＡｓ基板上にキャリア濃度１×１０19cm-3のＭｇ−ＧａＡｓ層を育成し、これを２次イオン分析（ＳＩＭＳ）により、膜厚方向のＭｇ濃度分布を調べたものである。これから明らかなように成長初期にＭｇが十分に入っておらず、低抵抗のＭｇ−ＧａＡｓ層を得ることが困難であることがわかる。抵抗が高い場合にはレーザ素子を駆動しているときに発熱が大きくなり、その結果、動作電流の上昇や信頼性の低下をもたらす。
【００１２】
第２の問題としては、図４に示すように気相中のＭｇ（またはＺｎ）濃度とキャリア濃度の関係を調べると、同一のＺｎ気相濃度ではＧａＡｓとＡｌＧａＩｎＰではＧａＡｓの方が遥かにＺｎが入り易いが、同一のＭｇ気相濃度ではＧａＡｓとＡｌＧａＩｎＰではＭｇの入り易さは同程度である。コンタクト層は良好な電気的接触を得るために１×１０19cm-3前後のキャリア濃度が必要である。これに必要なＭｇ原料を供給しながらＭｇ−ＧａＡｓ層を成長した場合には、レーザダイオードの結晶成長終了後に過剰なＭｇが成長炉内に残留してしまう。これにより次成長の初期に意図せずにＭｇが結晶中に取り込まれてしまう。特にＭｇは基板とエピタキシャル層との界面付近や、エピタキシャル層同士の界面付近に偏析しやすく、これは素子抵抗を上昇させる原因となってしまい好ましくない。
【００１３】
本発明は、上記欠点を解消するためになされたものであり、不純物拡散による活性層の劣化を防ぎ、なおかつ十分低い素子抵抗を実現することにより、高品質なＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザダイオードを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
【００１５】
請求項１の発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法は、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、Ｍｇドープのｐ型クラッド層、Ｚｎドープのｐ型コンタクト層を順次成長させる半導体レーザダイオードの製造方法において、上記コンタクト層を成長させる成長温度を５００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃未満の範囲とすることを特徴とする。
【００１６】
請求項２の発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法は、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型基板上に、ｎ型クラッド層、活性層、ＭｇドープのＡｌＧａＩｎＰからなるｐ型クラッド層、ＺｎドープＧａＡｓからなるｐ型コンタクト層を順次成長させる半導体レーザダイオードの製造方法において、上記コンタクト層を成長させる成長温度を５００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃未満の範囲とすることを特徴とする。
【００１７】
＜発明の要点＞
コンタクト層のｐ型ドーパントとしてＭｇを用いるのは、前述の問題があるため好ましくないため、Ｍｇよりも拡散定数が大きいが高キャリア濃度を得やすいＺｎを用いたＺｎ−ＧａＡｓをコンタクト層とすればよいと考えられる。また一般にＺｎ−ＧａＡｓコンタクト層は従来より広く用いられてきている。ところが、この場合においては、ｐ型クラッド層成長時にはＺｎを供給せず、Ｍｇを供給しながら成長したにもかかわらず、コンタクト層のＺｎがｐクラッド層側に拡散し、更には活性層内部まで拡散し、素子特性を著しく劣化させてしまうという問題があった。
【００１８】
そこで我々は種々の成長温度でコンタクト層を形成し、コンタクト層のＺｎの拡散状況を比較し、６００℃以下、好ましくは６００℃未満の成長温度の範囲においてＺｎの拡散が著しく抑えられることを見出した。一方、５００℃以下の成長温度ではコンタクト層の表面状態が劣化するという問題がある。そこでコンタクト層を成長する上で最適な温度領域は５００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃未満の範囲である。
【００１９】
コンタクト層の成長温度を５８０、６３０、６８０℃の３種類変えて作製したエピタキシャルウェハの活性層近傍の２次イオン分析結果を図２、図５、図６に示す。コンタクト層の成長温度が６００℃を超えるとコンタクト層のみにドーピングしたＺｎが活性層近傍まで拡散している様子が明らかとなっている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。
【００２１】
まず、ｐ型クラッド層がＭｇドープであることにより、拡散定数の大きいＺｎと比較して、熱履歴による活性層の劣化を少なくすることができる。
【００２２】
次に、コンタクト層をＺｎ−ＧａＡｓとし、その成長温度が５００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃未満の範囲とすることにより、コンタクト層からのＺｎの拡散量を最小限に抑え、また低抵抗なオーミック接触が得られるエピタキシャルウェハを得ることができる。
【００２３】
従って、本発明によれば結晶中の不純物拡散が少ないことにより、発光出力が大きく動作電圧が小さいＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザダイオードを容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００２５】
図１に示すごとく、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、これと格子整合したｎ型ＧａＡｓバッファ層２、ｎ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層３を順次エピタキシャル成長し、その上にＡｌＧａＩｎＰ系の歪量子井戸から成る活性層４、さらにＭｇドープのｐ型（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐクラッド層（ｐ型クラッド層）５を成長し、ダブルヘテロ構造を作製した。さらに、上記ｐ型クラッド層５の上に、Ｚｎドープのｐ型ＧａＡｓコンタクト層６を成長した。その際、Ｚｎ−ＧａＡｓコンタクト層６は５００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃未満の範囲の温度で成長させた。
【００２６】
かかる半導体レーザダイオードの製造方法により、Ｚｎ−ＧａＡｓコンタクト層６の成長温度を５００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃未満の範囲とすることにより、コンタクト層６からのＺｎの拡散量を最小限に抑え、また低抵抗なオーミック接触が得られるエピタキシャルウェハを得ることができる。
【実施例】
【００２７】
ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法によりｎ型基板上に、ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層からなるｐ型クラッド層５と、成長温度が５００℃以上６００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃未満の範囲で形成されたＺｎドープＧａＡｓ層からなるコンタクト層６を有する、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザダイオード用エピタキシャルウェハを作製した。基板１としてはｎ型ＧａＡｓ単結晶基板を使用し、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ原料としてはトリエチルガリウム又はトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムを使用した。Ｐ原料としはフォスフィン（ＰＨ3）を使用した。Ａｓ原料としてはアルシン（ＡｓＨ3）を使用した。発光層である活性層４の組成は発光波長に応じて適当な組成にしても良く、量子井戸構造としても良い。
【００２８】
先ず、成長炉内にＧａＡｓ基板１を配置し、基板温度７００℃においてｎ型の導電性を有し、厚さ０．５μｍのＳｉドープＧａＡｓバッファ層２を形成した。次に基板温度で、（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｎ型クラッド層３、ＡｌＧａＩｎＰ系の歪み量子井戸からなる活性層４、Ｍｇドープ（Ａｌ0.7Ｇａ0.3）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるｐ型クラッド層５を形成した。次に基板温度を５００℃から６００℃の範囲まで下げたのちに、Ｚｎ−ＧａＡｓコンタクト層６を成長した。ｐ型クラッド層５のキャリア濃度は１．０×１０18cm-3とした。
【００２９】
比較のため、コンタクト層６の成長温度のみを６３０℃〜６８０℃としたＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザダイオード用エピタキシャルウェハも製作した。
【００３０】
完成したエピタキシャルウェハについて２次イオン分析（ＳＩＭＳ）を行った結果は、図２（本実施例）、図５〜図６（比較例）に示したとおりである。比較例であるコンタクト層の成長温度が６３０℃、６８０℃のもの（図５、図６）は、Ｚｎがｐ型クラッド層（図中ではｐクラッド層と略称している）から活性層へと拡散しており、活性層が劣化していた。
【００３１】
また、エピタキシャルウェハのコンタクト層を硫酸系エッチング液で除去し、更に塩酸系エッチング液でｐ型クラッド層を半分程度除去したのちに、波長４８８nmのＡｒレーザを用いて活性層のフォトルミネッセンススペクトルを測定したところ、コンタクト層６を６００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃未満の範囲で成長したもの（本実施例）では半値幅が１２nm以下であったが、コンタクト層を６３０℃で成長したもの（比較例１）は半値幅が１８nmであり、ＳＩＭＳでのＺｎ拡散状況と矛盾しない結果が得られた。すなわち、コンタクト層の成長温度が６００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃未満の範囲のときに良質な活性層が得られた。
【００３２】
また、このようにして得られたＬＤエピタキシャルウェハからＬＤチップを作製した。この場合、図７の場合と同様に、第２クラッド層５及びｐ型コンタクト層６をリッジ構造とし、該リッジ構造の左右に電流ブロック層を設け、上下にｐ側電極１１、ｎ側電極１２を設けた。このＬＤにおいて、コンタクト層の成長温度が６００℃以下、好ましくは５００℃以上６００℃未満の範囲のもの（本実施例）では閾電流が１２０（ｍＡ）であったのに、コンタクト層を６３０℃で成長したもの（比較例１）では２１０（ｍＡ）となり、２次イオン分析や、フォトルミネッセンス測定から得られた活性層品質との関係が明確に現れた。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の方法により製造した半導体レーザダイオード用エピタキシャルウェハの構造を示した図である。
【図２】コンタクト層を成長温度５８０℃で成長したエピタキシャルウェハの２次イオン分析結果を示す図である。
【図３】厚さ１ミクロンのＭｇドープＧａＡｓプロファイル（２次イオン分析による）を示す図である。
【図４】Ｍｇ、Ｚｎの取り込み効率を比較して示した図である。
【図５】コンタクト層を成長温度６３０℃で成長したエピタキシャルウェハの２次イオン分析結果を示す図である。
【図６】コンタクト層を成長温度６８０℃成長したエピタキシャルウェハの２次イオン分析結果を示す図である。
【図７】従来の半導体レーザダイオード用エピタキシャルウェハの構造を示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  基板
２  バッファ層
３  ｎ型クラッド層
４  活性層
５  ｐ型クラッド層
６  ｐ型コンタクト層
１１  ｐ側電極
１２  ｎ側電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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