(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物半導体基板上に、少なくとも第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型のクラッド層とを有する積層半導体層が形成され、該積層半導体層の少なくとも一部に導電をなすキャリアの拡散を抑制するキャリア拡散抑制層が形成され、
前記キャリア拡散抑制層は、前記活性層に隣接する少なくとも片側の領域に配置され、
前記第１導電型のクラッド層及び前記第２導電型のクラッド層が、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成され、
前記キャリア拡散抑制層は、前記活性層に対して前記キャリア拡散抑制層が設けられている側の前記クラッド層よりも、成長条件の原材料のＶ族材料とＩＩＩ族材料との供給比率であるＶ／ＩＩＩ比が小さいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成されている
ことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
化合物半導体基板上に、少なくとも第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型のクラッド層とを有する積層半導体層を形成する半導体発光装置の製造方法であって、
前記積層半導体層の前記活性層に隣接する少なくとも片側の領域に、導電をなすキャリアの拡散を抑制するキャリア拡散抑制層を形成し、
前記第１導電型のクラッド層及び前記第２導電型のクラッド層を、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成し、
前記キャリア拡散抑制層を、前記活性層に対して前記キャリア拡散抑制層が設けられている側の前記クラッド層よりも、成長条件の原材料のＶ族材料とＩＩＩ族材料との供給比率であるＶ／ＩＩＩ比が小さいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成する
ことを特徴とする半導体発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＡｌＧａＩｎＰ材料からなり、第１クラッド層、活性層、第２クラッド層が順次積層されてなる半導体発光装置とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＡｌＧａＩｎＰを材料とする半導体発光装置としては、波長が６８０ｎｍ帯のレーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）は勿論のこと、近年では６５０ｎｍ帯や６３５ｎｍ帯の、より短い波長帯のものが実用化レベルに達してきている。
【０００３】
その一例としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光装置、特にＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザについて、図３を参照して説明する。
【０００４】
図３は従来の半導体発光装置１２０である半導体レーザの断面図であって、この構造は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により作製される。この例では第１導電型、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１上に０．３μｍ厚の第１導電型のＧａＡｓによるｎ型ＧａＡｓバッファ層２と、１μｍ厚の第１導電型のＡｌＧａＩｎＰによるｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰＭＱＷ構造の活性層４と、１μｍ厚の第２導電型のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５と、０．１μｍ厚の第２導電型のｐ型ＧａＩｎＰ層６と、０．３μｍ厚の第２導電型のｐ型ＧａＡｓ電流キャップ層７とを順次成長させる。
【０００５】
その後、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５とｐ型ＧａＩｎＰ層６およびｐ型ＧａＡｓ電流キャップ層７を、例えばフォトリソグラフィを用いて選択的にエッチングし、メサ構造を形成する。更にその後、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層８をメサ構造の両側に成長させて積層し、半導体発光装置１２０を形成する。
【０００６】
しかしながら、近年の光ディスク等の使用環境の拡大に伴い、これらの光源として用いる前記半導体発光装置１２０も、例えば８０℃、３０ｍＷ出力動作下で長寿命であること等、温度特性の改善が要求されてきている。
【０００７】
その対策としてｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５のＡｌ組成比を上げて活性層４におけるキャリアと光の閉じ込めを強くしたり、活性層４に隣接した積層部分にマルチ・クワンタム・バリア（ＭＱＢ）と呼ばれる多層薄膜構造を形成することが考案されている。
【０００８】
また、歪みを有したＡｌＧａＩｎＰ層でＡｌ組成の異なる多層膜を積層することによりｐ型キャリアの拡散を抑制する方法が特開平６−２３７０３８号公報に提案されている。
【０００９】
更に、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を上げることにより、フェルミ準位を上げて実質的に活性層４の閉じ込めを強くすることも考えられている。
【００１０】
しかしながら、前記ＭＱＢや歪みを有したＡｌＧａＩｎＰ多層膜の成長は膜厚や組成比を厳密に設定する必要があり、実際の成長においてこれらの設定値がずれた場合は、逆に素子の特性を悪化させるものである。また、ｐ型クラッド層のキャリア濃度を上げることは容易であるが、活性層４まで拡散すると非発光中心や発光中心となる欠陥が生じ、半導体発光装置１２０の動作電流等の静特性を悪化させ、更に、熱や通電の結果、キャリアの拡散が進行することによって寿命を悪化させる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明は、クラッド層のキャリア濃度を高くすると同時に、活性層側への拡散を抑制する製造方法と、この製造方法による動作電流等の静特性に優れた、長寿命の半導体発光装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題に鑑みなされたものであって、化合物半導体基板上に、少なくとも第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型のクラッド層とを有する積層半導体層が形成され、該積層半導体層の少なくとも一部に導電をなすキャリアの拡散を抑制するキャリア拡散抑制層が形成された半導体発光装置とその製造方法を提供する。
前記キャリア拡散抑制層は、前記活性層に対して前記キャリア拡散抑制層が設けられている側の前記クラッド層よりも、成長条件の原材料のＶ族材料とＩＩＩ族材料との供給比率であるＶ／ＩＩＩ比が小さいＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から形成された構成とする。
【００１７】
即ち、キャリアの拡散は格子間原子として存在してそのままの形態で生じる場合があるが、一般的には格子に入った原子が空格子に入って生じることが多く、つまり、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体においてはドーパントとなる原子がＩＩ族の場合はＩＩＩ族サイトに入りアクセプタとなるが、ＩＩＩ族ベーカンシー（空位）に入ると拡散が生じる。また、同様にＶＩ族やＩＶ族原子がそれぞれサイトに入り、空位を通じて拡散が生じる。
【００１８】
従って本発明による半導体発光装置は、基板上に少なくとも第１導電型のクラッド層と、活性層と、第２導電型のクラッド層とを有する構造であって、活性層に隣接する少なくとも片側の領域に、キャリアが入る空位の少ない層を原材料の供給比を設定することにより成長させ、上記課題を解決する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態例について図１および図２を参照して説明する。図１は本発明による半導体発光装置の第１の実施形態例を示す概略断面図であり、図２は第２の実施形態例を示す概略断面図である。
【００２０】
まず、ドーパントとなる原子の拡散について説明すると、例えばＩＩＩ−Ｖ族であるＡｌＧａＩｎＰにおいて、ｐ型ドーパントとしては亜鉛、マグネシウム、カドミウム、ベリリウム等のＩＩ族原子が挙げられる。これらのドーパントを非常に多く、例えば約５×１０19ｃｍ-3程度の原子濃度で成長時に供給されたとき、その一部の原子は不活性のままでキャリアにならなかったり、母体原子であるＡｌＧａＩｎＰの格子間に入ることがある。
【００２１】
一方、発光素子を成長させる場合、コンタクト層等の高キャリア濃度を持つ層以外のクラッド層等は１０17〜５×１０18ｃｍ-3程度のキャリア濃度分の材料を供給してこれを行う。従って、一部の組み合わせでは不活性キャリアが存在することになるが、ドーパントとなる原子は格子に入っているといえる。例えば前述のＩＩ族原子はＩＩＩ族サイトに入ってアクセプタとなる。
【００２２】
同様にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体においてはセレン、硫黄、テルル等のＶＩ族原子はＶ族サイトに入ってドナーとなる。また、ＩＶ族のシリコン、ゲルマニウム、炭素等は原則的にはＩＩＩ族サイトに入ってドナーとなるが、Ｖ族サイトに入った場合アクセプタになる両性不純物である。
【００２３】
これらの原子は熱や通電、歪み等を原動力として欠陥を通じて拡散係数にしたがって濃度の濃い箇所から薄い箇所へ移動する。この欠陥とは転移であることもあるが、成長技術が発達した材料においては主に原子空位等の点欠陥である。
従ってこの点欠陥を少なくするには、例えばノンストイキオメトリー（非化学量論組成）に起因した点欠陥の少ない成長条件で完全結晶を成長すればよい。
【００２４】
一般に、ＩＩＩ−Ｖ族の成長においてはその成長方法により例外はあるものの、Ｖ族の蒸気圧が高いために成長した結晶から脱離が生じる。これを補うためにＶ族をＩＩＩ族より多めに供給するので、この結晶はＶ族がややリッチになっている。
【００２５】
ところがＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体において、ｐ型キャリアとなるＩＩ族原子にとって、この成長条件ではＩＩＩ族原子空位が多いことになり、拡散が起こりやすい。そこでキャリアの拡散だけを考慮するならば、原材料のＶ族材料とＩＩＩ族材料の供給比率であるＶ／ＩＩＩ比を通常の成長条件よりも小さく設定して成長させることにより、その拡散を小さくすることができる。
【００２６】
また、キャリア拡散抑制層を厚く成長することはＶ族の原子空位を多くすることであり、完全結晶の観点からは不都合である。従ってその対策として、このキャリア拡散抑制層と通常の成長条件の層とを薄く繰り返し成長させた多層構造を用いる。この繰り返した層は物質は同一であるが、結晶構造が異なるので超格子構造を形成する。
【００２７】
つぎに、上述したことに基づいて、本発明の実施形態であるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体発光装置、特にＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザについて説明する。
【００２８】
第１の実施形態例
図１は本発明の第１の実施形態例である半導体レーザの断面図であって、この構造は有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により作製される。この第１の実施形態例では第１導電型、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１上に０．３μｍ厚の第１導電型のＧａＡｓによるｎ型ＧａＡｓバッファ層２と、１μｍ厚の第１導電型のＡｌＧａＩｎＰによるｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰＭＱＷ構造の活性層４を順次成長させる。
【００２９】
つぎに、活性層４の上にＶ／ＩＩＩ比を下げた５０ｎｍ厚のキャリア拡散抑制層９を成長させる。通常のクラッド層のＶ／ＩＩＩ比が例えば２００であるのに対して、このキャリア拡散抑制層９は例えば１００の成長条件に設定する。
【００３０】
つぎに、前記キャリア拡散抑制層９の上に１μｍ厚の第２導電型のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５と、０．１μｍ厚の第２導電型のｐ型ＧａＩｎＰ層６と、０．３μｍ厚の第２導電型のｐ型ＧａＡｓ電流キャップ層７を順次成長させる。
【００３１】
その後、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５とｐ型ＧａＩｎＰ層６およびｐ型ＧａＡｓ電流キャップ層７を、例えばフォトリソグラフィを用いて選択的にエッチングしてメサ構造を形成し、その後、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層８をメサ構造の両側に成長させて積層し、半導体発光装置１００を形成する。
【００３２】
第２の実施形態例
図２は本発明の第２の実施形態例である半導体レーザの断面図であって、この構造も第１の実施形態例と同様に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により作製され、第１導電型、例えばｎ型ＧａＡｓ基板１上に０．３μｍ厚の第１導電型のＧａＡｓによるｎ型ＧａＡｓバッファ層２と、１μｍ厚の第１導電型のＡｌＧａＩｎＰによるｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３と、ＧａＩｎＰ／ＡｌＧａＩｎＰＭＱＷ構造の活性層４を順次成長させる。
【００３３】
つぎに、活性層４の上にＶ／ＩＩＩ比を下げたキャリア拡散抑制層１０と通常のＶ／ＩＩＩ比のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層１１を、例えば５ｎｍの厚さで交互に積層し、キャリアの拡散を抑制する多層構造を形成する。
【００３４】
つぎに、この多層構造の上に１μｍ厚の第２導電型のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５と、０．１μｍ厚の第２導電型のｐ型ＧａＩｎＰ層６と、０．３μｍ厚の第２導電型のｐ型ＧａＡｓ電流キャップ層７を順次成長させる。
【００３５】
その後、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５とｐ型ＧａＩｎＰ層６およびｐ型ＧａＡｓ電流キャップ層７を、例えばフォトリソグラフィを用いて選択的にエッチングしてメサ構造を形成し、その後、ｎ型ＧａＡｓ電流ブロック層８をメサ構造の両側に成長させて積層し、半導体発光装置１１０を形成する。
【００３６】
尚、上述した第１の実施形態例のキャリア拡散抑制層９と第２の実施形態例のキャリア拡散抑制層１０は成長時はとくにドーパントを供給しないでアンドープとしたが、クラッド層よりキャリア濃度が低い条件でドーピングしてもよい。
【００３７】
また、キャリア拡散抑制層９、１０はこれらの例では第２導電型のｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層５側に作製したが、活性層４をはさんで第１導電型のｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層３側にも作製してよい。
【００３８】
また、上述した例ではキャリア拡散抑制層９、１０は活性層４に隣接した箇所に設けたが、例えば３０ｎｍ位活性層４から離した箇所に設けてもよい。
【００３９】
また、上述した例では、第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型であるとしたが、第１導電型がｐ型、第２導電型がｎ型である構成にしてもよい。
【００４０】
更に、本発明は上述した第１の実施形態例および第２の実施形態例の構成に限ることなく、本発明の技術的思想を具現化する各種の構成が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によればＡｌＧａＩｎＰ材料からなる半導体発光装置において、クラッド層のキャリア濃度を高くすることにより温度特性等が改善されると共に、活性層への拡散によって生じる動作電流の静特性や寿命の悪化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による半導体発光装置の第１の実施形態例を示す概略断面図である。
【図２】  本発明による半導体発光装置の第２の実施形態例を示す概略断面図である。
【図３】  従来の半導体発光装置の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…ｎ型ＧａＡｓ基板、２…ｎ型ＧａＡｓバッファ層、３…ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、４…活性層、５，１１…ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層、６…ｐ型ＧａＩｎＰ層、７…ｐ型ＧａＡｓ電流キャップ層、８…ｐ型ＧａＡｓ電流ブロック層、９，１０…キャリア拡散抑制層
【図１】
0003817806.tif 000002
【図２】
0003817806.tif 000003
【図３】
0003817806.tif 000004