(57)【要約】【課題】ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層中のｐ型キャリア濃度が均一でｐ型不純物の拡散が少ないレーザダイオード用エピタキシャルウエハを提供する。【解決手段】ｎ型ＧａＡｓ基板（１）上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層（２）、活性層（３）、及びｐ型クラッド層（４）を順次積層したダブルヘテロ構造を有するレーザダイオード用エピタキシャルウエハにおいて、前記ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層（４）中のｐ型不純物が炭素であり、前記ｐ型クラッド層（４）中のキャリア濃度が８.０×１０１７ｃｍ−３以上、１.５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲である。【選択図】図１
2009111160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型ＧａＡｓ基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、及びｐ型クラッド層を順次積層したダブルヘテロ構造を有する化合物半導体エピタキシャルウエハにおいて、前記ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層中のｐ型不純物が炭素であり、前記ｐ型クラッド層中のキャリア濃度が８.０×１０１７ｃｍ−３以
上、１.５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲であることを特徴とするレーザダイオード用エ
ピタキシャルウエハ。
【請求項２】
前記ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層中のｎ型不純物がシリコンであることを特徴とする請求項１に記載のレーザダイオード用エピタキシャルウエハ。
【請求項３】
加熱されたｎ型ＧａＡｓ基板に、必要とするIII族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリア
ガス及びドーパント原料ガスを供給して、前記ｎ型ＧａＡｓ基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、及びｐ型クラッド層のダブルヘテロ構造を有するエピタキシャル層を成長させるレーザダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法において、前記ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層の成長時に前記ドーパント原料ガスとして四臭化炭素を供給し、前記ｐ型クラッド層中のキャリア濃度が８.
０×１０１７ｃｍ−３以上、１.５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲となるようにしたこと
を特徴とするレーザダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法。
【請求項４】
前記ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層の成長時に前記ドーパント原料ガスとしてシリコンドープ原料ガスを供給し、前記ｎ型クラッド層中にシリコンをドープしたことを特徴とする請求項３に記載のレーザダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系の赤色レーザダイオードに好適なレーザダイオード用エピタキシャルウエハ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体を用いた赤色のレーザダイオード（ＬＤ）は、ＤＶＤの読み書き用の光源として広く用いられている。
図３に、従来のＡｌＧａＩｎＰ系のＬＤ用エピタキシャルウエハの概略的な断面構造を示す。
図３に示すように、エピタキシャルウエハは、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）を用いて、ｎ型ＧａＡＳ基板１１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１２、アンドープ活性層１３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４、ｐ型キャップ層１５を順次積層して形成されている。
上記ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４の成長時には、ジエチルジンク（ＤＥＺ）、ジメチルジンク（ＤＭＺ）等をドーピング原料として流し、亜鉛（Ｚｎ）（＝ｐ型キャリア）を含有させて、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１４を形成させていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２５９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、従来のレーザダイオード用エピタキシャルウエハにおいては、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層にｐ型キャリアとして亜鉛（Ｚｎ）を含有させていたが、Ｚｎは拡散性が高く、近傍層に拡散してしまう。Ｚｎが拡散することにより、(１)ｐ型クラッド層の深さ方向のキャリア濃度（＝Ｚｎ濃度）が不均一になる、(２)近傍層にあたる活性層にＺｎが入りこんでしまう、といった問題が生じ、(１)、(２)の状態のエピタキシャルウエハをデバイス加工すると、レーザダイオードの特性が悪化し、例えば、重要なデバイス特性である動作電流値Ｉｏｐが上昇してしまう。動作電流値Ｉｏｐが上昇するとレーザダイオードの信頼性が低下し、即ち寿命が低下するので大きな問題である。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層中のｐ型キャリア濃度が均一でｐ型不純物の拡散が少ないレーザダイオード用エピタキシャルウエハ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、ｎ型ＧａＡｓ基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、及びｐ型クラッド層を順次積層したダブルヘテロ構造を有するレーザダイオード用エピタキシャルウエハにおいて、前記ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層中のｐ型不純物が炭素であり、前記ｐ型クラッド層中のキャリア濃度が８.０×１０１７ｃｍ−３以上、１.５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲であることを特徴とするレーザダイオード用エピタキシャルウエハである。
【０００７】
本発明の第２の態様は、第１の態様のレーザダイオード用エピタキシャルウエハにおいて、前記ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層中のｎ型不純物がシリコンであることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第３の態様は、加熱されたｎ型ＧａＡｓ基板に、必要とするIII族原料ガス、
Ｖ族原料ガス、キャリアガス及びドーパント原料ガスを供給して、前記ｎ型ＧａＡｓ基板上に、少なくともＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層、活性層、及びｐ型クラッド層のダブルヘテロ構造を有するエピタキシャル層を成長させるレーザダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法において、前記ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｐ型クラッド層の成長時に前記ドーパント原料ガスとして四臭化炭素を供給し、前記ｐ型クラッド層中のキャリア濃度が８.０×１０１７ｃｍ−３以上、１.５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲となるようにしたことを特徴とするレーザダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法である。
【０００９】
本発明の第４の態様は、第３の態様のレーザダイオード用エピタキシャルウエハの製造方法において、前記ＡｌＧａＩｎＰ系材料からなるｎ型クラッド層の成長時に前記ドーパント原料ガスとしてシリコンドープ原料ガスを供給し、前記ｎ型クラッド層中にシリコンをドープしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層中のｐ型キャリア濃度が均一で、ｐ型不純物の拡散が少ないレーザダイオード用エピタキシャルウエハが得られる。このレーザダイオード用エピタキシャルウエハを用いれば、動作電流値Ｉｏｐが低く信頼性が高いレーザダイオードを作製できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るレーザダイオード（ＬＤ）用エピタキシャルウエハ及びその製造方法の実施形態を図面を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態のＡｌＧａＩｎＰ系の赤色ＬＤ用エピタキシャルウエハの概略的な断面構造を示す。このＬＤ用エピタキシャルウエハは、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層３、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４、およびｐ型ＧａＡｓキャップ層５のエピタキシャル層が順次積層されている。
ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４には、ｐ型不純物として炭素（Ｃ）がキャリア濃度８.０×１０１７ｃｍ−３以上、１.５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲でドープされている。また、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２には、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされている。また、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５のｐ型不純物には、１.０×１０１９ｃ
ｍ−３以上の高濃度のドーピングが可能なＺｎ（亜鉛）を用いるのが好ましい。
上記ＬＤ用エピタキシャルウエハに対して、エッチングや蒸着などにより、例えば、ｐ型キャップ層５上の一部にはｐ側電極が、またｎ型ＧａＡｓ基板１の裏面にはｎ側電極がそれぞれ形成される。
【００１３】
図１のＬＤ用エピタキシャルウエハの作製には、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）が用いられる。即ち、気相成長装置内に設置したＧａＡｓ基板１を加熱し、ＧａＡｓ基板１に、各エピタキシャル層に必要なIII族原料ガス、Ｖ族原料ガス、キャリアガス及びド
ーパント原料ガスを供給し、ＧａＡｓ基板１上にIII−Ｖ族化合物半導体のエピタキシャ
ル層を順次成長させて形成する。
【００１４】
上記のIII族原料ガスとしては、例えば、Ａｌ（ＣＨ３）３（ＴＭＡ：トリメチルアル
ミニウム）、Ａｌ（Ｃ２Ｈ５）３、Ｇａ（ＣＨ３）３（ＴＭＧ：トリメチルガリウム）、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３、Ｉｎ（ＣＨ３）３（ＴＭＩ：トリメチルインジウム）、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３が用いられ、又はこれらを組み合わせて用いられる。
また、Ｖ族原料ガスとしては、例えば、ＰＨ３（フォスフィン）、ＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）、ＡｓＨ３（アルシン）、Ａｓ（ＣＨ３）３、ＴＢＡ（ターシャリーブチルアルシン）、ＮＨ３（アンモニア）が用いられ、又はこれらを組み合わせて用いられる。
キャリアガスとしては、Ｈ２（水素）、Ｎ２（窒素）若しくはＡｒ（アルゴン）が用いられ、又はこれらを組み合わせて用いられる。
ｐ型ドーパント原料ガスとしては、例えば、ＣＢｒ４（四臭化炭素）、ＣＣｌ３Ｂｒ、ＣＣｌ４、Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２（ＤＥＺ：ジエチルジンク）、Ｚｎ（ＣＨ３）２、Ｃｐ２Ｍｇが用いられ、又はこれらを組み合わせて用いられる。ただし、上記ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４に対しては、ｐ型ドーパント原料ガスにＣＢｒ４（四臭化炭素）を用いるのが好ましい。
ｎ型ドーパント原料ガスとしては、例えば、Ｓｉ２Ｈ６（ジシラン）、ＳｉＨ４（シラン）、Ｈ２Ｓｅ、Ｔｅ（Ｃ２Ｈ５）２が用いられ、又はこれらを組み合わせて用いられる。ただし、上記ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２に対しては、ｎ型ドーパント原料ガスにＳｉ２Ｈ６またはＳｉＨ４を用いて、シリコン（Ｓｉ）をドープするのが好ましい。
【００１５】
本実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４の成長時に、四臭化炭素（ＣＢｒ４）をドーピング原料として流し、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４にｐ型キャリアとして、炭素（Ｃ）をキャリア濃度８.０×１０１７ｃｍ−３以上、１.５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲で含有させている。炭素（Ｃ）は亜鉛（Ｚｎ）に比べて拡散が少なく、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４のキャリア濃度（＝Ｃ濃度）を深さ方向に均一にすることができると共に、近傍層であるアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層３への拡散を低減できる。このため、本実施形態のＬＤ用エピタキシャルウエハを用いることにより、動作電流値Ｉｏｐが低く信頼性が高い長寿命のＬＤが得られる。
【００１６】
また、従来のようにｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層のｐ型不純物にＺｎを用いた場合には、Ｚｎの活性層への拡散によって結晶性が悪化し、その結果、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定を行って評価すると、Ｚｎキャリア濃度の増加に伴って発光スペクトルの半値幅が急激に増大してしまう。特に、Ｚｎのキャリア濃度が６.０×１０１７ｃｍ−３以上
になると、その傾向は顕著となるため、従来にあっては、Ｚｎのキャリア濃度を４.０×
１０１７ｃｍ−３ 程度に低く抑えていた。
ところが、本実施形態では、動作電流値Ｉｏｐを低くすべく、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４に炭素（Ｃ）をキャリア濃度８.０×１０１７ｃｍ−３以上、１.５×１０１８ｃｍ−３以下の範囲で高濃度に含有させても、拡散が少ない炭素（Ｃ）をドープしているので、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層３への拡散が少なく、拡散による結晶性の悪化を抑制でき、ＰＬ発光の半値幅を低く維持することができる。
また、炭素（Ｃ）のドーピング原料である四臭化炭素（ＣＢｒ４）は、最も実績があり信頼性が高く、また、ドーピング効率も良く好ましい。更に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２にドープしたｎ型不純物としてのシリコン（Ｓｉ）は、ｐ型不純物との相互拡散が少なく優れている。
【００１７】
なお、上記実施形態において、ｎ型ＧａＡｓ基板１とｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２との間にバッファ層を設けたり、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２とアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層３との間、およびアンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層３とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層４との間に、アンドープＡｌＧａＩｎＰガイド層を設けたり、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層３を多重量子井戸構造に変更したり、或いは、ｐ型ＧａＡｓキャップ層５をＡｌＧａＡｓ、ＧａＰなどの他のｐ型半導体層に変更したりするなど種々に変更可能である。
【実施例】
【００１８】
次に、本発明の実施例を説明する。
本実施例のＬＤ用エピタキシャルウエハは、図１に示す上記実施形態と同一構造のものである。本実施例のＬＤ用エピタキシャルウエハから作製される赤色レーザダイオードは、例えば、ＤＶＤの読み書き用の光源として用いられる。
【００１９】
本実施例のＬＤ用エピタキシャルウエハは、ｎ型ＧａＡｓ基板（厚さ５００μｍ、目標とするキャリア濃度８.０×１０１７ｃｍ−３）１上に、Ｓｉドープのｎ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層（厚さ２.５μｍ、目標とするキャリア濃度８.０
×１０１７ｃｍ−３）２、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層３、Ｃ（炭素）ドープのｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層（厚さ２.０μｍ、目標とするキャ
リア濃度１.０×１０１８ｃｍ−３）４、およびＺｎドープのｐ型ＧａＡｓキャップ層（
厚さ１.５μｍ、目標とするキャリア濃度３.０×１０１９ｃｍ−３）５のエピタキシャル層が順次積層されている。
【００２０】
本実施例のＬＤ用エピタキシャルウエハは、気相成長装置の反応炉内にｎ型ＧａＡｓ基板１を設置し、ＭＯＶＰＥ法を用いて作製した。成長温度（基板１に対向する面に設置した放射温度計で測定した基板１の表面温度）は８００℃、成長圧力（反応炉内の圧力）は約１０６６６Ｐａ（８０Ｔｏｒｒ）、キャリアガスは水素である。
【００２１】
各エピタキシャル層の成長時に供給した原料流量は次の通りである。
ｎ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層２では、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）：１２（ｃｃ／分）、ＴＭＡ（トリメチルアルムニウム）：４（ｃｃ／分）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）：２０（ｃｃ／分）、Ｓｉ２Ｈ６（ジシラン）：５１０（ｃｃ／分）、ＰＨ３（フォスフィン）：１８００（ｃｃ／分）である。
アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層３では、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）：１６（ｃｃ／分）、ＴＭＡ（トリメチルアルムニウム）：２（ｃｃ／分）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）：２４（ｃｃ／分）、ＰＨ３（フォスフィン）：１８００（ｃｃ／分）である。
ｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層４では、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）：１２（ｃｃ／分）、ＴＭＡ（トリメチルアルムニウム）：４（ｃｃ／分）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）：２０（ｃｃ／分）、ＣＢｒ４（四臭化炭素）：４０（ｃｃ／分）、ＰＨ３（フォスフィン）：１８００（ｃｃ／分）である。
ｐ型ＧａＡｓキャップ層５では、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）：１２（ｃｃ／分）、ＤＥＺ（ジエチルジンク）：３００（ｃｃ／分）、ＡｓＨ３（アルシン）：２０００（ｃｃ／分）である。
【００２２】
また、実施例のＣ（炭素）ドープのｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層４を、Ｚｎ（亜鉛）ドープのｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層に変更した比較例のエピタキシャルウエハを作製した。実施例との相違点は、ｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層の成長時に供給するｐ型ドーピング原料が、ＣＢｒ４ではなく、ＤＥＺ（原料流量９０（ｃｃ／分））であるという点であり、他の成長条件は、全て同じである。
【００２３】
実施例及び比較例のエピタキシャルウエハに対して、ｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.
５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層の深さ方向のキャリア濃度分布と、アンドープＡｌＧａＩｎＰ
活性層のキャリア濃度を測定した。
図２は、実施例（Ｃドープ）及び比較例（Ｚｎドープ）のｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層（厚さ２μｍ）中における深さ方向のキャリア濃度分布を示したものである。図示のように、実施例は比較例よりもｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.
５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層中の深さ方向のキャリア濃度分布が大幅に小さくなっており、
このキャリア濃度分布が、実施例では±３（％）、比較例では±２５（％）であった。
また、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層のキャリア濃度は、実施例では２.０×１０１
６ｃｍ−３、比較例では１.２×１０１７ｃｍ−３であり、実施例は比較例よりもアンド
ープＡｌＧａＩｎＰ活性層のキャリア濃度が低かった。
【００２４】
Ｃドープの実施例の場合も、Ｚｎドープの比較例の場合も、ｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層の目標とするキャリア濃度は１.０×１０１８ｃｍ−３と
した。しかし、図２に示すように、比較例では、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層側のｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層中のキャリア濃度が大きく低下している。これは、ｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層中のキャリア濃度（＝Ｚｎ濃度）の低下した分が、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層に拡散し、アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層のキャリア濃度（＝ｐ型キャリア濃度）が高くなったと言える。これに対し、実施例では、ｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層からのｐ型キャリアの拡散を抑止でき、ｐ型（Ａｌ０.４Ｇａ０.６）０.５Ｉｎ０.５Ｐクラッド層中のｐ型キャリア濃度が均一化されている。
その結果、実施例と比較例のＬＤ用エピタキシャルウエハからＬＤを作製し、動作電流値Ｉｏｐを測定したところ、実施例のエピタキシャルウエハから作製したＬＤの動作電流値Ｉｏｐは６７（ｍＡ）、比較例のエピタキシャルウエハから作製したＬＤの動作電流値Ｉｏｐは８０（ｍＡ）であり、実施例ではＬＤの動作電流値Ｉｏｐを低く抑えることができ、ＬＤの信頼性・長寿命化が図れることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るＡｌＧａＩｎＰ系のレーザダイオード用エピタキシャルウエハの実施形態及び実施例を示す断面図である。
【図２】実施例及び比較例のレーザダイオード用エピタキシャルウエハのｐ型クラッド層の深さ方向のキャリア濃度分布を示す図である。
【図３】従来のＡｌＧａＩｎＰ系のレーザダイオード用エピタキシャルウエハを示す断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３  アンドープＡｌＧａＩｎＰ活性層
４  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
５  ｐ型ＧａＡｓキャップ層
【図１】
2009111160.tif 000003
【図２】
2009111160.tif 000004
【図３】
2009111160.tif 000005