(57)【要約】【課題】半絶縁性の埋め込み層を有する電気抵抗の低い半導体発光素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体発光素子１０は、活性層１８及びｐ型クラッド層５４を含む半導体メサ５２と、半導体メサ５２を埋め込む半絶縁性の埋め込み層５６とを備える。活性層１８及びｐ型クラッド層５４は、Ｚ方向に積層されている。ｐ型クラッド層５４は、活性層１８と半導体メサ５２の頂面５２ｔとの間に配置されている。ｐ型クラッド層５４及び埋め込み層５６はｐ型の第１ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる。ｐ型クラッド層５４では、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、第１ドーパントの濃度が高くなっている。埋め込み層５６では、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、第２ドーパントの濃度が高くなっている。【選択図】図１
2009302474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層及びｐ型クラッド層を含む半導体メサと、
前記半導体メサを埋め込む半絶縁性の埋め込み層と、
を備え、
前記活性層及び前記ｐ型クラッド層は、前記半導体メサの高さ方向に積層されており、
前記ｐ型クラッド層は、前記活性層と前記半導体メサの頂面との間に配置されており、
前記ｐ型クラッド層はｐ型の第１ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなり、
前記埋め込み層は第２ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなり、
前記ｐ型クラッド層では、前記半導体メサの高さ方向において、前記活性層から前記半導体メサの前記頂面に向かうに従って、前記第１ドーパントの濃度が高くなっており、
前記埋め込み層では、前記半導体メサの高さ方向において、前記活性層から前記半導体メサの前記頂面に向かうに従って、前記第２ドーパントの濃度が高くなっている、半導体発光素子。
【請求項２】
前記ｐ型クラッド層はＩｎＰからなり、前記埋め込み層はＩｎＰからなり、前記第１ドーパントは亜鉛であり、前記第２ドーパントは鉄である、請求項１に記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記ｐ型クラッド層は、前記半導体メサの高さ方向に積層された第１クラッド層及び第２クラッド層を有しており、
前記第１クラッド層における前記第１ドーパントの濃度は、前記第２クラッド層における前記第１ドーパントの濃度よりも低く、
前記埋め込み層は、前記半導体メサの高さ方向に積層された第１埋め込み層及び第２埋め込み層を有しており、
前記第１埋め込み層における前記第２ドーパントの濃度は、前記第２埋め込み層における前記第２ドーパントの濃度よりも低く、
前記第１埋め込み層は前記第１クラッド層に接続されており、前記第２埋め込み層は前記第２クラッド層に接続されている、請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
【請求項４】
基板上に設けられた活性層上に、ｐ型の第１ドーパントを含む第１III−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、
前記第１III−Ｖ族化合物半導体層上に、前記第１ドーパントを含む第２III−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、
前記第２III−Ｖ族化合物半導体層、前記第１III−Ｖ族化合物半導体層、及び前記活性層をエッチングすることにより、半導体メサを形成する工程と、
前記半導体メサを埋め込んでおり、第２ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる半絶縁性の第１埋め込み層を形成する工程と、
前記第１埋め込み層上に、前記半導体メサを埋め込んでおり、前記第２ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる半絶縁性の第２埋め込み層を形成する工程と、
を含み、
前記第２III−Ｖ族化合物半導体層の前記第１ドーパントの濃度は、前記第１III−Ｖ族化合物半導体層の前記第１ドーパントの濃度よりも高く、
前記第２埋め込み層の前記第２ドーパントの濃度は、前記第１埋め込み層の前記第２ドーパントの濃度よりも高い、半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体メサが半絶縁性の埋め込み層によって埋め込まれた構造を有する半導体レーザが知られている（特許文献１参照）。この半導体レーザの半導体メサは、活性層及び活性層上に設けられたｐ型クラッド層から構成される。ｐ型クラッド層は、Ｚｎ（亜鉛）がドープされたＩｎＰからなる。また、埋め込み層は、Ｆｅ（鉄）がドープされたＩｎＰからなる。
【特許文献１】特開平６−８５３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述のような半導体レーザでは、電流狭窄構造を得るために、半絶縁性の埋め込み層によってｐ型クラッド層が挟まれている。よって、ｐ型クラッド層の幅が狭い。その結果、ｐ型クラッド層の電気抵抗は高くなってしまう。
【０００４】
通常、半絶縁性の埋め込み層を有する半導体レーザでは、半導体メサの幅が、半導体メサの高さ方向において、半導体メサの頂面に向かって徐々に狭くなっている。したがって、活性層の幅はｐ型クラッド層の幅と同じかそれ以上になる。
【０００５】
一方、半導体メサがｐ型埋め込み層及びｎ型埋め込み層の両方によって埋め込まれた構造を有する半導体レーザが知られている。この半導体レーザでは、通常、半導体メサの幅が、半導体メサの高さ方向に向かって徐々に広くなっている。したがって、活性層の幅はｐ型クラッド層の幅よりも小さくなる。
【０００６】
よって、通常、半絶縁性の埋め込み層を有する半導体レーザでは、ｐ型埋め込み層及びｎ型埋め込み層を有する半導体レーザに比べて、ｐ型クラッド層の電気抵抗が高くなる傾向にある。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、半絶縁性の埋め込み層を有する電気抵抗の低い半導体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するため、本発明の半導体発光素子は、活性層及びｐ型クラッド層を含む半導体メサと、前記半導体メサを埋め込む半絶縁性の埋め込み層と、を備え、前記活性層及び前記ｐ型クラッド層は、前記半導体メサの高さ方向に積層されており、前記ｐ型クラッド層は、前記活性層と前記半導体メサの頂面との間に配置されており、前記ｐ型クラッド層はｐ型の第１ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなり、前記埋め込み層は第２ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなり、前記ｐ型クラッド層では、前記半導体メサの高さ方向において、前記活性層から前記半導体メサの前記頂面に向かうに従って、前記第１ドーパントの濃度が高くなっており、前記埋め込み層では、前記半導体メサの高さ方向において、前記活性層から前記半導体メサの前記頂面に向かうに従って、前記第２ドーパントの濃度が高くなっている。
【０００９】
ｐ型クラッド層中の第１ドーパントの濃度と、埋め込み層中の第２ドーパントの濃度との両方が高くなると、ｐ型クラッド層中の第１ドーパントは埋め込み層中に拡散し易くなる。よって、本発明の半導体発光素子では、半導体メサの高さ方向において、活性層から半導体メサの頂面に向かうに従って、ｐ型クラッド層から埋め込み層中へ第１ドーパントがより拡散している。その結果、埋め込み層のｐ型クラッド層近傍では、活性層から半導体メサの頂面に向かうに従って、埋め込み層における第１ドーパントを含む領域が徐々に広がっている。第１ドーパントを含む当該領域の電気抵抗は低いので、本発明の半導体発光素子の電気抵抗は低くなる。
【００１０】
また、埋め込み層の活性層近傍では、ｐ型クラッド層中の第１ドーパントの濃度と埋め込み層の第２ドーパントの濃度は両方とも低い。よって、ｐ型クラッド層中の第１ドーパントが埋め込み層中にあまり拡散していないので、半絶縁性の埋め込み層による電流狭窄構造を維持できる。
【００１１】
さらに、ｐ型クラッド層中の第１ドーパントの濃度が高ければ高いほど、ｐ型クラッド層における価電子帯のポテンシャルエネルギーは高くなる。そのため、本発明の半導体発光素子では、ｐ型クラッド層の価電子帯のポテンシャルエネルギーと埋め込み層の価電子帯のポテンシャルエネルギーとの差が大きくなる。したがって、ｐ型クラッド層から埋め込み層への正孔リークを低減できる。
【００１２】
前記ｐ型クラッド層はＩｎＰからなり、前記埋め込み層はＩｎＰからなり、前記第１ドーパントは亜鉛であり、前記第２ドーパントは鉄であってもよい。
【００１３】
前記ｐ型クラッド層は、前記半導体メサの高さ方向に積層された第１クラッド層及び第２クラッド層を有しており、前記第１クラッド層における前記第１ドーパントの濃度は、前記第２クラッド層における前記第１ドーパントの濃度よりも低く、前記埋め込み層は、前記半導体メサの高さ方向に積層された第１埋め込み層及び第２埋め込み層を有しており、前記第１埋め込み層における前記第２ドーパントの濃度は、前記第２埋め込み層における前記第２ドーパントの濃度よりも低く、前記第１埋め込み層は前記第１クラッド層に接続されており、前記第２埋め込み層は前記第２クラッド層に接続されていることが好ましい。
【００１４】
この場合、埋め込み層における第１ドーパントを含む領域を所望の形状にすることができる。
【００１５】
本発明の半導体発光素子の製造方法は、基板上に設けられた活性層上に、ｐ型の第１ドーパントを含む第１III−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、前記第１III−Ｖ族化合物半導体層上に、前記第１ドーパントを含む第２III−Ｖ族化合物半導体層を形成する工程と、前記第２III−Ｖ族化合物半導体層、前記第１III−Ｖ族化合物半導体層、及び前記活性層をエッチングすることにより、半導体メサを形成する工程と、前記半導体メサを埋め込んでおり、第２ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる半絶縁性の第１埋め込み層を形成する工程と、前記第１埋め込み層上に、前記半導体メサを埋め込んでおり、前記第２ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる半絶縁性の第２埋め込み層を形成する工程と、を含み、前記第２III−Ｖ族化合物半導体層の前記第１ドーパントの濃度は、前記第１III−Ｖ族化合物半導体層の前記第１ドーパントの濃度よりも高く、前記第２埋め込み層の前記第２ドーパントの濃度は、前記第１埋め込み層の前記第２ドーパントの濃度よりも高い。
【００１６】
本発明の半導体発光素子の製造方法によれば、電気抵抗の低い半導体発光素子が得られる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半絶縁性の埋め込み層を有する電気抵抗の低い半導体発光素子及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００１９】
図１は、実施形態に係る半導体発光素子を示す斜視断面図である。図１には、ＸＹＺ空間座標系が示されている。図１に示される半導体発光素子１０は、例えば半導体レーザである。半導体発光素子１０は、ｎ型基板１２と、ｎ型基板１２上に形成された半導体メサ５２と、半導体メサ５２を埋め込んでおり、ｎ型基板１２上に設けられた半絶縁性の埋め込み層５６とを備える。ｎ型基板１２の厚み方向、及び半導体メサ５２の高さ方向はＺ方向である。半導体メサ５２の頂面５２ｔはＹ方向に沿って延びている。Ｙ方向に垂直なＸＺ平面（Ｘ方向及びＺ方向を含む面）が光の出射面と平行になる。埋め込み層５６は、ＹＺ平面に沿った半導体メサ５２の側面を覆っている。
【００２０】
ｎ型基板１２は、ｎ型ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなることが好ましい。ｎ型ドーパントとしては、例えばＳｎ等が挙げられる。III−Ｖ族化合物半導体としては、例えばＩｎＰ等が挙げられる。一実施例において、ｎ型基板１２は、濃度が１×１０１８ｃｍ−３のＳｎがドープされたＩｎＰからなる。
【００２１】
半導体メサ５２は、ｎ型クラッド層１４のメサ部５０、メサ部５０上のＳＣＨ層１６、ＳＣＨ層１６上の活性層１８、活性層１８上のＳＣＨ層２０、ＳＣＨ層２０上のｐ型クラッド層５４、及びｐ型クラッド層５４上のコンタクト層３０を含む。半導体メサ５２は、ＳＣＨ層１６及び２０を有しなくてもよい。ｐ型クラッド層５４は、活性層１８と半導体メサ５２の頂面５２ｔとの間に配置されている。
【００２２】
活性層１８の幅Ｄ１は、ｐ型クラッド層５４の幅Ｄ２と同じかそれ以上であることが好ましい。活性層１８の幅Ｄ１とは、活性層１８の厚みの中点におけるＸ方向の距離をいう。また、ｐ型クラッド層５４の幅Ｄ２とは、ｐ型クラッド層５４の厚みの中点におけるＸ方向の距離をいう。
【００２３】
埋め込み層５６上には、半導体メサ５２の頂面５２ｔ上に開口４２ａが形成された絶縁層４２が設けられている。絶縁層４２は例えばＳｉＯ２からなる。開口４２ａを充填するように、絶縁層４２及びコンタクト層３０上に、ｐ型電極４６が設けられている。ｐ型電極４６は、コンタクト層３０に電気的に接続されている。ｎ型基板１２の裏面には、ｎ型電極４４が設けられている。ｐ型電極４６とｎ型電極４４との間に電圧を印加すると、活性層１８が発光する。
【００２４】
ｎ型クラッド層１４は、ｎ型基板１２上に設けられている。ｎ型クラッド層１４は、メサ部５０と、メサ部５０を支持する支持層５１とを有する。ｎ型クラッド層１４は、ｎ型ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなることが好ましい。ｎ型ドーパントとしては、例えばＳｉ等が挙げられる。III−Ｖ族化合物半導体としては、例えばＩｎＰ等が挙げられる。一実施例において、ｎ型クラッド層１４は、濃度が１×１０１７ｃｍ−３のＳｉがドープされたＩｎＰからなる。
【００２５】
活性層１８は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有することが好ましい。活性層１８は、例えばＩｎＧａＡｓＰからなる。ＳＣＨ層１６及び２０は、分離閉じ込めヘテロ構造を有する。ＳＣＨ層１６及び２０は、例えばＩｎＧａＡｓＰからなる。
【００２６】
ｐ型クラッド層５４はｐ型の第１ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる。ｐ型の第１ドーパントとしては例えば亜鉛（Ｚｎ）が用いられる。ｐ型クラッド層５４を構成するIII−Ｖ族化合物半導体として例えばＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰが用いられる。一実施例において、ｐ型クラッド層５４はＺｎがドープされたＩｎＰからなる。
【００２７】
ｐ型クラッド層５４では、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、第１ドーパントの濃度が高くなっている。
【００２８】
ｐ型クラッド層５４は、ＳＣＨ層２０上の第１クラッド層２２、第１クラッド層２２上の第２クラッド層２４、第２クラッド層２４上の第３クラッド層２６、及び第３クラッド層２６上の第４クラッド層２８を有していることが好ましい。
【００２９】
第１クラッド層２２における第１ドーパントの濃度は、第２クラッド層２４における第１ドーパントの濃度よりも低い。第２クラッド層２４における第１ドーパントの濃度は、第３クラッド層２６における第１ドーパントの濃度よりも低い。第３クラッド層２６における第１ドーパントの濃度は、第４クラッド層２８における第１ドーパントの濃度よりも低い。
【００３０】
第１クラッド層２２における第１ドーパントの濃度は、５．０×１０１6〜５×１０１7ｃｍ−３であることが好ましい。第２クラッド層２４における第１ドーパントの濃度は、５×１０１7〜１．０×１０１８ｃｍ−３であることが好ましい。第３クラッド層２６における第１ドーパントの濃度は、１．０×１０１８〜２．０×１０１８ｃｍ−３であることが好ましい。第４クラッド層２８における第１ドーパントの濃度は、２．０×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。例えば、第１ド―パントとして亜鉛を用いた場合、活性層１８直上は、活性層１８に亜鉛不純物が拡散するのを抑制するために、十分に低い不純物濃度に設定するのが好ましい。一方、ｐ型クラッド層５４では、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、第１ドーパント濃度を高く設定している。特に最上部の第４クラッド層２８において、最も第１ドーパント濃度が高くなるように設定している。この結果、効果的に素子の電気抵抗を低減することができる。なお、本実施例においては、最上部の第４クラッド層２８における第１ドーパントの濃度を、ＩｎＰ半導体層に現実的にドーピングできる最大の濃度に設定した。
【００３１】
なお、ｐ型クラッド層５４において、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、第１ドーパントの濃度を連続的に高くしてもよいし、階段状に高くしてもよい。
【００３２】
第１クラッド層２２、第２クラッド層２４、第３クラッド層２６、及び第４クラッド層２８の厚さは、いずれも１００〜１０００ｎｍであることが好ましく、例えば５００ｎｍである。
【００３３】
コンタクト層３０は、ｐ型ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなることが好ましい。ｐ型ドーパントとしては、例えばＺｎ等が挙げられる。III−Ｖ族化合物半導体としては、例えばＩｎＧａＡｓ等が挙げられる。コンタクト層３０の厚さは、例えば５００ｎｍである。
【００３４】
埋め込み層５６は第２ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる。第２ドーパントは、III−Ｖ族化合物半導体を半絶縁化する。第２ドーパントとしては例えば鉄（Ｆｅ）が用いられるが、ルテニウム（Ｒｕ）等を用いてもよい。埋め込み層５６を構成するIII−Ｖ族化合物半導体は、ｐ型クラッド層５４を構成するIII−Ｖ族化合物半導体と同じであることが好ましい。埋め込み層５６を構成するIII−Ｖ族化合物半導体として例えばＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰ等が用いられる。
【００３５】
埋め込み層５６では、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、第２ドーパントの濃度が高くなっている。
【００３６】
埋め込み層５６は、ｐ型クラッド層５４に隣接しており、第１ドーパントを含む領域Ｒを備える。領域Ｒは、ｐ型クラッド層５４中の第１ドーパントが埋め込み層５６に拡散することによって形成される。領域Ｒは、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、ｐ型クラッド層５４から突出するようにＸ方向に広がっている。
【００３７】
埋め込み層５６は、ｎ型クラッド層１４の支持層５１上の第１埋め込み層３２、第１埋め込み層３２上の第２埋め込み層３４、第２埋め込み層３４上の第３埋め込み層３６、第３埋め込み層３６上の第４埋め込み層３８、及び第４埋め込み層３８上の第５埋め込み層４０を有していることが好ましい。
【００３８】
第１埋め込み層３２における第２ドーパントの濃度は、第２埋め込み層３４における第２ドーパントの濃度よりも低い。第２埋め込み層３４における第２ドーパントの濃度は、第３埋め込み層３６における第２ドーパントの濃度よりも低い。第３埋め込み層３６における第２ドーパントの濃度は、第４埋め込み層３８における第２ドーパントの濃度よりも低い。第４埋め込み層３８における第２ドーパントの濃度は、第５埋め込み層４０における第２ドーパントの濃度よりも低い。
【００３９】
第１埋め込み層３２における第２ドーパントの濃度は、１．０×１０１７〜１．２×１０１７ｃｍ−３であることが好ましい。第２埋め込み層３４における第２ドーパントの濃度は、１．２×１０１７〜１．４×１０１７ｃｍ−３であることが好ましい。第３埋め込み層３６における第２ドーパントの濃度は、１．４×１０１７〜１．８×１０１７ｃｍ−３であることが好ましい。第４埋め込み層３８における第２ドーパントの濃度は、１．８×１０１７〜２．５×１０１７ｃｍ−３であることが好ましい。第５埋め込み層４０における第２ドーパントの濃度は、２．５×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましい。活性層１８を含む半導体メサ５２の側面に形成される第１埋め込み層３２における第２ドーパントの濃度を１．０×１０１７〜１．２×１０１７ｃｍ−３という比較的低濃度の範囲に設定することによって、埋め込み層５６での電流リークを十分低減できる。この結果、活性層１８への効果的な電流狭窄が可能となる。さらに、埋め込み層５６から活性層１８への第２ドーパント（例えばＦｅ不純物）の拡散も低減することができる。一方、この埋め込み層５６では、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、埋め込み層５６に接するｐ型クラッド層５４の第１ドーパントの濃度に合わせて、第２ドーパントの濃度を高く設定している。特に、最上部の第５埋め込み層４０における第２ドーパントの濃度は、２．５×１０１７ｃｍ−３以上の高濃度に設定される。この結果、活性層１８から埋め込み層５６への電流リークを抑制し、活性層１８に電流を狭窄し、かつ活性層１８への不純物の拡散を効果的に抑制するとともに、効果的に素子の電気抵抗を低減することができる。
【００４０】
なお、埋め込み層５６において、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、第２ドーパントの濃度を連続的に高くしてもよいし、階段状に高くしてもよい。
【００４１】
第１埋め込み層３２の厚さは、１０００〜２０００ｎｍであることが好ましい。第２埋め込み層３４、第３埋め込み層３６、及び第４埋め込み層３８の厚さは、いずれも１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。第５埋め込み層４０の厚さは、１００〜３００ｎｍであることが好ましい。
【００４２】
第１埋め込み層３２は、ｎ型クラッド層１４、ＳＣＨ層１６、活性層１８、ＳＣＨ層２０、及び第１クラッド層２２に接続されている。第２埋め込み層３４は第２クラッド層２４に接続されている。第３埋め込み層３６は第３クラッド層２６に接続されている。第４埋め込み層３８は第４クラッド層２８に接続されている。第５埋め込み層４０はコンタクト層３０に接続されている。なお、第１埋め込み層３２と第２埋め込み層３４の界面と、第１クラッド層２２と第２クラッド層２４の界面とを一致させてもよいし、一致させなくてもよい。また、第２埋め込み層３４と第３埋め込み層３６の界面と、第２クラッド層２４と第３クラッド層２６の界面とを一致させてもよいし、一致させなくてもよい。また、第３埋め込み層３６と第４埋め込み層３８の界面と、第３クラッド層２６と第４クラッド層２８の界面とを一致させてもよいし、一致させなくてもよい。また、第４埋め込み層３８と第５埋め込み層４０の界面と、第４クラッド層２８とコンタクト層３０の界面とを一致させてもよいし、一致させなくてもよい。
【００４３】
本実施形態の半導体発光素子１０では、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、ｐ型クラッド層５４中の第１ドーパントの濃度が高くなっている。また、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、埋め込み層５６中の第２ドーパントの濃度が高くなっている。ここで、ｐ型クラッド層５４中の第１ドーパントの濃度と、埋め込み層５６中の第２ドーパントの濃度との両方が高くなると、ｐ型クラッド層５４中の第１ドーパントは埋め込み層５６中に拡散し易くなる。具体的には、第１ドーパントである亜鉛(Ｚｎ)と、第２ドーパントである鉄（Ｆｅ）とが相互拡散し、ｐ型クラッド層５４中の亜鉛濃度及び埋め込み層５６中の鉄濃度が高いほど、相乗効果によりｐ型クラッド層５４中の亜鉛が埋め込み層５６中に拡散し易くなる。よって、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、ｐ型クラッド層５４から埋め込み層５６中へ第１ドーパントがより拡散している。
【００４４】
よって、埋め込み層５６のｐ型クラッド層５４近傍では、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、埋め込み層５６における第１ドーパントを含む領域ＲがＸ方向に徐々に広がっている。領域Ｒの電気抵抗は、埋め込み層５６における領域Ｒ以外の半絶縁性領域の電気抵抗に比べて低いので、半導体発光素子１０の電気抵抗は低くなる。これにより、電流注入効率が向上し、半導体発光素子１０の発光効率が向上する。
【００４５】
また、埋め込み層５６の活性層１８近傍では、ｐ型クラッド層５４中の第１ドーパントの濃度と埋め込み層５６の第２ドーパントの濃度は両方とも低い。よって、ｐ型クラッド層５４中の第１ドーパントが埋め込み層５６中にあまり拡散していないので、半絶縁性の埋め込み層５６による電流狭窄構造を維持できる。
【００４６】
さらに、ｐ型クラッド層５４中の第１ドーパントの濃度が高ければ高いほど、ｐ型クラッド層５４における価電子帯のポテンシャルエネルギーは高くなる。そのため、半導体発光素子１０では、ｐ型クラッド層５４の価電子帯のポテンシャルエネルギーと埋め込み層５６の価電子帯のポテンシャルエネルギーとの差が大きくなる。したがって、ｐ型クラッド層５４から埋め込み層５６への正孔リークを低減できる。
【００４７】
また、ｐ型クラッド層５４が第１クラッド層２２及び第２クラッド層２４を有しており、埋め込み層５６が第１埋め込み層３２及び第２埋め込み層３４を有しており、第１クラッド層２２が第１埋め込み層３２に接続され、第２クラッド層２４が第２埋め込み層３４に接続されていることが好ましい。この場合、埋め込み層５６における第１ドーパントを含む領域Ｒを所望の形状にすることができる。
【００４８】
図２は、実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法の一例として、図１及び図２を参照して、半導体発光素子１０の製造方法について説明する。半導体発光素子１０は、下記工程を順に実施することによって製造可能である。
（第１エピタキシャル工程）
【００４９】
まず、図２（ａ）に示されるように、ｎ型基板１２上に、ｎ型クラッド層１４ａ、ＳＣＨ層１６ａ、活性層１８ａ、及びＳＣＨ層２０ａをこの順に形成する。その後、ＳＣＨ層２０ａ上に、ｐ型の第１ドーパントを含む第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａを形成する。ｎ型クラッド層１４ａの厚さは、例えば１５００ｎｍである。
【００５０】
続いて、第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａ上に、第１ドーパントを含む第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａを形成する。その後、第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａ上に、第１ドーパントを含む第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａを形成する。その後、第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａ上に、第１ドーパントを含む第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａを形成する。
【００５１】
続いて、第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａ上に、コンタクト層３０ａを形成する。第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａ、第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａ、第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａ、及び第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａは、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、コンタミネーション防止の観点から連続的に形成されることが好ましい。
【００５２】
第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａ、第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａ、第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａ、及び第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａは、ｐ型の第１ドーパントを含むIII−Ｖ族化合物半導体からなる。ｐ型の第１ドーパントとしては例えば亜鉛（Ｚｎ）が用いられる。第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａ、第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａ、第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａ、及び第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａを構成するIII−Ｖ族化合物半導体として例えばＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰが用いられる。また、第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａ、第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａ、第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａ、及び第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａの各層の厚みの合計が、２０００ｎｍ程度になるように各層の厚みが調整される。
【００５３】
第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａの第１ドーパントの濃度は、第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａの第１ドーパントの濃度よりも高い。第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａの第１ドーパントの濃度は、第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａの第１ドーパントの濃度よりも高い。第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａの第１ドーパントの濃度は、第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａの第１ドーパントの濃度よりも高い。
【００５４】
第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａ中の第１ドーパントの濃度は、５．０×１０１6〜５×１０１7ｃｍ−３であることが好ましく、例えば５×１０１7ｃｍ−３である。第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａの形成温度は、６００〜６５０℃であることが好ましい。第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａの厚さは、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００５５】
第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａ中の第１ドーパントの濃度は、５×１０１7〜１．０×１０１８ｃｍ−３であることが好ましく、例えば７×１０１7ｃｍ−３である。第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａの形成温度は、６００〜６５０℃であることが好ましい。第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａの厚さは、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００５６】
第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａ中の第１ドーパントの濃度は、１．０×１０１８〜２．０×１０１８ｃｍ−３であることが好ましく、例えば１．５×１０１８ｃｍ−３である。第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａの形成温度は、６００〜６５０℃であることが好ましい。第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａの厚さは、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００５７】
第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａ中の第１ドーパントの濃度は、２．０×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましく、例えば３．０×１０１８ｃｍ−３である。第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａの形成温度は、６００〜６５０℃であることが好ましい。第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａの厚さは、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。
（エッチング工程）
【００５８】
次に、図２（ｂ）に示されるように、コンタクト層３０ａ上にマスクＭを形成する。その後、マスクＭを用いて、コンタクト層３０ａ、第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａ、第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａ、第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａ、第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａ、ＳＣＨ層２０ａ、活性層１８ａ、ＳＣＨ層１６ａ、及びｎ型クラッド層１４ａをエッチングする。これにより、半導体メサ５２が形成される。コンタクト層３０ａからコンタクト層３０が形成される。第４III−Ｖ族化合物半導体層２８ａから第４クラッド層２８が形成される。第３III−Ｖ族化合物半導体層２６ａから第３クラッド層２６が形成される。第２III−Ｖ族化合物半導体層２４ａから第２クラッド層２４が形成される。第１III−Ｖ族化合物半導体層２２ａから第１クラッド層２２が形成される。ＳＣＨ層２０ａからＳＣＨ層２０が形成される。活性層１８ａから活性層１８が形成される。ＳＣＨ層１６ａからＳＣＨ層１６が形成される。ｎ型クラッド層１４ａからｎ型クラッド層１４が形成される。
【００５９】
エッチング方法としては、ウェットエッチング、ドライエッチング等を用いることができる。
（第２エピタキシャル工程）
【００６０】
次に、図２（ｃ）に示されるように、半導体メサ５２を埋め込むように、半絶縁性の第１埋め込み層３２、半絶縁性の第２埋め込み層３４、半絶縁性の第３埋め込み層３６、半絶縁性の第４埋め込み層３８、及び半絶縁性の第５埋め込み層４０をこの順に形成する。その後、マスクＭを除去する。第１埋め込み層３２、第２埋め込み層３４、第３埋め込み層３６、第４埋め込み層３８、及び第５埋め込み層４０は、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、コンタミネーション防止の観点から連続的に形成されることが好ましい。
【００６１】
第２埋め込み層３４における第２ドーパントの濃度は、第１埋め込み層３２における第２ドーパントの濃度よりも高い。第３埋め込み層３６における第２ドーパントの濃度は、第２埋め込み層３４における第２ドーパントの濃度よりも高い。第４埋め込み層３８における第２ドーパントの濃度は、第３埋め込み層３６における第２ドーパントの濃度よりも高い。第５埋め込み層４０における第２ドーパントの濃度は、第４埋め込み層３８における第２ドーパントの濃度よりも高い。
【００６２】
第１埋め込み層３２中の第２ドーパントの濃度は、１．０×１０１７〜１．２×１０１７ｃｍ−３ｃｍ−３であることが好ましく、例えば１．０×１０１７ｃｍ−３である。第１埋め込み層３２の形成温度は、６００〜６５０℃であることが好ましい。第１埋め込み層３２の厚さは、１０００〜２０００ｎｍであることが好ましい。
【００６３】
第２埋め込み層３４中の第２ドーパントの濃度は、１．２×１０１７〜１．５×１０１７ｃｍ−３であることが好ましく、例えば１．３×１０１７ｃｍ−３である。第２埋め込み層３４の形成温度は、６００〜６５０℃であることが好ましい。第２埋め込み層３４の厚さは、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００６４】
第３埋め込み層３６中の第２ドーパントの濃度は、１．５×１０１７〜２．００×１０１７ｃｍ−３であることが好ましく、例えば１．７×１０１７ｃｍ−３である。第３埋め込み層３６の形成温度は、６００〜６５０℃であることが好ましい。第３埋め込み層３６の厚さは、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００６５】
第４埋め込み層３８中の第２ドーパントの濃度は、２．００×１０１７〜２．５×１０１７ｃｍ−３であることが好ましく、例えば２．０×１０１７ｃｍ−３である。第４埋め込み層３８の形成温度は、６００〜６５０℃であることが好ましい。第４埋め込み層３８の厚さは、１００〜１０００ｎｍであることが好ましい。
【００６６】
第５埋め込み層４０中の第２ドーパントの濃度は、２．５×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましく、例えば２．５×１０１７ｃｍ−３である。第５埋め込み層４０の形成温度は、６００〜６５０℃であることが好ましい。第５埋め込み層４０の厚さは、１００〜３００ｎｍであることが好ましい。
（絶縁層形成工程）
【００６７】
次に、埋め込み層５６及び半導体メサ５２の頂面５２ｔ上に絶縁層を形成する。さらに、図２（ｄ）に示されるように、フォトリソグラフィー法を用いて、絶縁層に開口４２ａを形成することによって、絶縁層４２を形成する。
（電極形成工程）
【００６８】
次に、図１に示されるように、絶縁層４２上にｐ型電極４６を形成し、ｎ型基板１２の裏面にｎ型電極４４を形成する。
【００６９】
以上の工程を経ることによって、半導体発光素子１０を製造することができる。この方法では、第２エピタキシャル工程以降の工程（第２エピタキシャル工程も含む。）において、ｐ型クラッド層５４及び埋め込み層５６が熱処理される。このとき、ｐ型クラッド層５４中の亜鉛(Ｚｎ)不純物、及び埋め込み層中の鉄(Ｆｅ)不純物は、Ｚ方向において、活性層１８から半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうに従って、その不純物濃度が高くなるようにドーピングされる。このため、亜鉛と鉄との相互拡散効果によって、不純物濃度の高い半導体メサ５２の頂面５２ｔに向かうほど、ｐ型クラッド層５４中の第１ドーパントが埋め込み層５６中に拡散し易くなる。その結果、図１に示されるように、第１ドーパントを含む領域Ｒが形成される。したがって、電気抵抗の低い半導体発光素子１０が得られる。一方、活性層１８を含む半導体メサ５２においては、活性層１８近傍のｐ型クラッド層２２の第１ドーパント（亜鉛等）の濃度は比較的低く設定されている。このため、活性層１８に第１ドーパントが拡散して、不純物に起因した非発光センターが発生し、素子特性が劣化することを防止できる。さらに、半導体メサ５２に接する埋め込み層５６において、活性層１８の側面を被覆する第１埋め込み層３２には、半絶縁埋め込み層として機能するために、電気抵抗が十分高くなる程度に鉄（Ｆｅ）不純物が添加され、かつ、最も鉄不純物濃度が小さく設定されている。このため、埋め込み層５６への電流リークを低減し活性層１８への電流狭窄が可能であるとともに、活性層１８への鉄不純物の拡散も抑制することができる。
【００７０】
なお、本実施形態に係る半導体発光素子の製造方法は、上記工程とは別に、ｐ型クラッド層５４中の第１ドーパントを埋め込み層５６中に拡散させるために、不純物拡散のための熱処理工程を備えてもよい。この場合、Ｈ２、Ｎ２等の不活性ガス中で、必要に応じてアルシンガス（ＡｓＨ３）、ホスフィンガス（ＰＨ３）を流しながら、例えば６００℃〜７００℃の雰囲気温度で熱処理工程を行うことができる。
【００７１】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施形態に係る半導体発光素子を示す斜視断面図である。
【図２】実施形態に係る半導体発光素子の製造方法を示す工程断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０…半導体発光素子、１２…ｎ型基板、１８…活性層、２２…第１クラッド層、２２ａ…第１III−Ｖ族化合物半導体層、２４…第２クラッド層、２４ａ…第２III−Ｖ族化合物半導体層、３２…第１埋め込み層、３４…第２埋め込み層、５２…半導体メサ、５２ｔ…半導体メサの頂面、５４…ｐ型クラッド層、５６…埋め込み層。
【図１】
2009302474.tif 000003
【図２】
2009302474.tif 000004