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JP2739999B2 - Method for manufacturing semiconductor light emitting device - Google Patents
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JP2739999B2 - Method for manufacturing semiconductor light emitting device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor light emitting device

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JP2739999B2
JP2739999B2 JP8355589A JP8355589A JP2739999B2 JP 2739999 B2 JP2739999 B2 JP 2739999B2 JP 8355589 A JP8355589 A JP 8355589A JP 8355589 A JP8355589 A JP 8355589A JP 2739999 B2 JP2739999 B2 JP 2739999B2
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ingaalp
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幸江 西川
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] 産業上の利用分野) 本発明は、InGaAlP系化合物半導体材料を用いた半導
体発光装置に係わり、特にダブルヘテロ接合エピタキシ
ャルウェハを使用した半導体発光装置の製造方法に関す
る。
The present invention relates to a semiconductor light emitting device using an InGaAlP-based compound semiconductor material, and particularly to the manufacture of a semiconductor light emitting device using a double heterojunction epitaxial wafer. About the method.

(従来の技術) 近年、有機金属を用いた化学気相成長法(以下、MOCV
D法と略記する)によりGaAs基板上にInGaAlPを形成する
ことが可能となっており、この技術を利用した可視光半
導体レーザが注目されている。
(Prior art) In recent years, chemical vapor deposition (hereinafter referred to as MOCV)
D method), it is possible to form InGaAlP on a GaAs substrate, and a visible light semiconductor laser using this technology has been attracting attention.

第5図は、InGaAlP系材料を用いたリブ導波型レーザ
の概略構造及び製造工程を示す断面図である。このレー
ザを作成するには、まず第5図(a)に示す如く、n−
GaAs基板51上にn−InGaAlPクラッド層52,InGaP活性層5
3,p−InGaAlPクラッド層54,p−InGaPコンタクト層55及
びp−GaAsキャップ層56をMOCVD法により順次形成す
る。その後、第5図(b)に示す如く、キャップ層56上
にSiO2膜57を形成し、これをマスクにしてキャップ層56
及びコンタクト層55をエッチングし、さらにpクラッド
層54を所望の深さまでエッチングしてメサストライプを
形成する。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic structure and a manufacturing process of a rib waveguide laser using an InGaAlP-based material. In order to produce this laser, first, as shown in FIG.
An n-InGaAlP cladding layer 52 and an InGaP active layer 5 on a GaAs substrate 51.
3. A p-InGaAlP cladding layer 54, a p-InGaP contact layer 55, and a p-GaAs cap layer 56 are sequentially formed by MOCVD. Thereafter, as shown in FIG. 5 (b), an SiO 2 film 57 is formed on the cap layer 56, and this is used as a mask to form the cap layer 56.
Then, the contact layer 55 is etched, and the p-cladding layer 54 is further etched to a desired depth to form a mesa stripe.

次いで、第5図(c)に示す如くn−GaAsブロック層
(電流阻止層)58を、SiO2膜57をマスクにしてメサスト
ライプの側部に選択成長する。続いて、SiO2膜57及びキ
ャップ層56を除去した後、第5図(d)に示す如くp−
GaAsオーミック層59を成長する。ここで、基板及び各層
においてn型不純物には、Si、p型不純物にはZnが用い
られる。
Next, as shown in FIG. 5C, an n-GaAs block layer (current blocking layer) 58 is selectively grown on the side of the mesa stripe using the SiO 2 film 57 as a mask. Subsequently, after removing the SiO 2 film 57 and the cap layer 56, as shown in FIG.
A GaAs ohmic layer 59 is grown. Here, Si is used for the n-type impurity and Zn is used for the p-type impurity in the substrate and each layer.

しかしながら、この種の方法で作成した半導体レーザ
には次のような問題があった。即ち、InGaAlP系材料を
用いた半導体レーザでは、p型不純物としてZnを用いた
場合、GaAlAs系に比べて一定のドーピング条件で得られ
るキャリア濃度が低いと言われている(例えば、Journa
l of Crystal Growth 77(1986)374−379)。特に、Al
組成比が高くなるほど高いキャリア濃度の結晶成長が困
難になり、Zn供給量を増加してもキャリア濃度は飽和す
る傾向を示す。一方、素子設計上ではpクラッド層は活
性層と十分な屈折率差を付けるためAl組成比の高い結晶
が望まれ、高Al組成での高濃度のp型ドーピングが要求
されている。
However, the semiconductor laser fabricated by this type of method has the following problems. That is, in a semiconductor laser using an InGaAlP-based material, when Zn is used as a p-type impurity, it is said that a carrier concentration obtained under a constant doping condition is lower than that in a GaAlAs-based material (for example, Journa).
l of Crystal Growth 77 (1986) 374-379). In particular, Al
As the composition ratio increases, it becomes more difficult to grow a crystal with a high carrier concentration, and the carrier concentration tends to be saturated even when the Zn supply amount is increased. On the other hand, from the viewpoint of device design, a crystal having a high Al composition ratio is desired for the p-cladding layer to provide a sufficient refractive index difference from the active layer, and high-concentration p-type doping with a high Al composition is required.

前記リブ導波型レーザと同等のダブルヘテロ接合部を
含む2回の結晶成長工程で作成できる利得ガイド構造の
レーザとして、第6図に示すような内部電流狭窄型レー
ザがある。このレーザを作成するには、まず第6図
(a)に示す如く、第1回目の結晶成長工程において、
前記リブ導波型レーザのコンタクト層55までと同様の層
構造を形成し、さらに連続してn−GaAsブロック層66を
成長する。その後、第6図(b)に示す如く、ブロック
層66の一部をエッチングしてストライプ状の窓部を形成
する。次いで、第6図(c)に示す如く、窓部に露出し
たコンタクト55層及びブロック層66上にp−GaAsオーミ
ック層59を再成長する。
An internal current confinement type laser as shown in FIG. 6 is a laser having a gain guide structure which can be formed in two crystal growth steps including a double heterojunction equivalent to the rib waveguide type laser. To produce this laser, first, as shown in FIG. 6 (a), in the first crystal growth step,
A layer structure similar to that of the rib waveguide type laser contact layer 55 is formed, and an n-GaAs block layer 66 is continuously grown. Thereafter, as shown in FIG. 6B, a part of the block layer 66 is etched to form a striped window. Next, as shown in FIG. 6C, a p-GaAs ohmic layer 59 is regrown on the contact 55 layer and the block layer 66 exposed at the window.

前記第5及び第6図に示したレーザの製造工程で、ダ
ブルヘテロ接合構造部(nクラッド層52〜コンタクト層
55)の成長を同一条件で行い、成長後の各層のキャリア
濃度を調べると、pクラッド層52では両者が等しいのに
対して、Znドープのpクラッド層54では異なり、前者
(第5図の例)のエピタキシャルウェハのキャリア濃度
が低くなる。Znの供給量に対してキャリア濃度が飽和し
ているドーピング条件において第6図の構造で5×1017
cm-3が得られるとき、第5図の構造では2.5×1017cm-3
程度の低いキャリア濃度にしかならない。
In the manufacturing process of the laser shown in FIGS. 5 and 6, the double hetero junction structure (the n-cladding layer 52 to the contact layer
The growth of 55) is performed under the same conditions, and the carrier concentration of each layer after growth is examined. As a result, the two layers are equal in the p-cladding layer 52, but different in the Zn-doped p-cladding layer 54. The carrier concentration of the epitaxial wafer of Example) becomes low. Zn 5 × in the structure of FIG. 6 in the doping conditions in which the carrier concentration is saturated with respect to the supply amount of 10 17
When cm -3 is obtained, in the structure of FIG. 5 2.5 × 10 17 cm -3
The carrier concentration is only low.

SIMS(Secondary lon Mas Spectrometry)分析により
エピタキシャル結晶中のpクラッド層54のZn濃度を調べ
たところ、取込まれているZn濃度自体は同等であること
を示した。このことは、結晶中に取り込まれたZnがキャ
リアになる割合(活性化率)が両者で異なることを示唆
しており、Znの吸収量を増加することでは改善できな
い。
When the Zn concentration of the p-cladding layer 54 in the epitaxial crystal was examined by SIMS (Secondary lon Mas Spectrometry) analysis, it was shown that the incorporated Zn concentration itself was equivalent. This suggests that the ratio (activation rate) of Zn incorporated into the crystal as a carrier is different between the two, and cannot be improved by increasing the amount of absorbed Zn.

また、蒸気圧の高いZn,P等或いは酸化し易いAl等を含
む層が表面になるような構造を形成する場合、表面層の
劣化防止のため、数100〜数1000Å程度のキャップ層
(レーザ構造には直接寄与しない表面をカバーする層)
を設けることがあるが、これまで述べたようなZnドープ
pクラッド層54のキャリア濃度が低下する問題に対して
は有効ではない。
In the case of forming a structure in which a layer containing Zn, P, or the like having a high vapor pressure or Al or the like which is easily oxidized is formed on the surface, a cap layer (laser of several hundreds to several thousand mm) is used to prevent deterioration of the surface layer. Layer covering surface that does not directly contribute to the structure)
Is provided, but this is not effective against the problem that the carrier concentration of the Zn-doped p-cladding layer 54 decreases as described above.

さらに、本発明者等が検討したところ、前記第5図
(a)のp−GaAsキャップ層56を第6図(a)のn−Ga
Asブロック層66と同じ厚さとした場合、及びダブルヘテ
ロ接合構造部の形成後、第6図(a)のブロック層成長
時と同温度,同時間の熱処理を加えた場合でも、リブ導
波型レーザにおけるpクラッド層54のキャリア濃度は改
善されなかった。
Further, the present inventors have studied and found that the p-GaAs cap layer 56 shown in FIG. 5A was replaced with the n-Ga cap layer 56 shown in FIG.
Even when the thickness is the same as that of the As block layer 66 and when the heat treatment at the same temperature and at the same time as the growth of the block layer in FIG. The carrier concentration of the p-cladding layer 54 in the laser was not improved.

なお、この種の半導体レーザではpクラッド層のキャ
リア濃度は素子特性を決める重要なパラメータの一つで
あり、十分に高いキャリア濃度が得られないと、発振し
きい値電流の上昇,温度特性の低下を招く原因となる。
また、同様の問題は、半導体レーザに限らず発光ダイオ
ード等についても言えることである。
In this type of semiconductor laser, the carrier concentration of the p-cladding layer is one of the important parameters that determine the device characteristics. If a sufficiently high carrier concentration cannot be obtained, the oscillation threshold current will increase and the temperature characteristics will decrease. It may cause a decrease.
Further, the same problem can be applied not only to a semiconductor laser but also to a light emitting diode and the like.

(発明が解決しようとする課題) このようにInGaAlP系材料を用いた半導体レーザの作
成において、1つの結晶成長工程中でダブルヘテロ接合
部(nクラッド層,活性層,pクラッド層)の成長を同一
条件で行ったにも拘らず、その後に成長する層の有無或
いは組成によってZnドープのpクラッド層のキャリア濃
度が異なり、第5図(a)のようなエピタキシャルウェ
ハからリブ導波型レーザを作成する場合、十分高いキャ
リア濃度が得られないという問題があった。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, in the production of a semiconductor laser using an InGaAlP-based material, the growth of a double heterojunction (n-cladding layer, active layer, p-cladding layer) is performed in one crystal growth step. Despite the same conditions, the carrier concentration of the Zn-doped p-cladding layer differs depending on the presence or absence or composition of the subsequently grown layer. In the case of forming, there is a problem that a sufficiently high carrier concentration cannot be obtained.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その
目的とするところは、リブ導波型におけるpクラッド層
のキャリア濃度を高めることができ、キャリア濃度が低
いことによる温度特性の低下を抑制し、素子特性の向上
に寄与し得る半導体発光装置の製造方法を提供すること
にある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to increase the carrier concentration of a p-clad layer in a rib waveguide type, and to reduce the temperature characteristics due to the low carrier concentration. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor light emitting device that can suppress and contribute to improvement of element characteristics.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明の骨子は、InGaAlPからなるダブルヘテロ接合
構造を用いて半導体発光装置を作成する際、ダブルヘテ
ロ接合構造部の成長後、最上層にn−GaAs層を形成する
ことにより、pクラッド層のキャリア濃度を高めること
にある。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is that when a semiconductor light emitting device is manufactured using a double heterojunction structure made of InGaAlP, it is formed on the uppermost layer after the growth of the double heterojunction structure. The object is to increase the carrier concentration of the p-cladding layer by forming the n-GaAs layer.

即ち本発明は、リブ導波型の半導体発光装置の製造方
法において、n型GaAs基板上にIn1-Y(Ga1-XAlX)YPから
なるダブルヘテロ接合構造部を成長し、且つこのダブル
ヘテロ接合構造部の上にn型GaAsキャップ層を成長した
のち、このキャップ層を除去し、次いでダブルヘテロ接
合構造部にメサストライプを形成し、次いでメサストラ
イプの側部にn型GaAs電流阻止層を成長し、しかるのち
ダブルヘテロ接合構造部及び電流阻止層上にp型GaAsオ
ーミック層を成長するようにした方法である。
That is, the present invention provides a method for manufacturing a rib waveguide type semiconductor light emitting device, wherein a double heterojunction structure portion made of In 1-Y (Ga 1-X Al X ) Y P is grown on an n-type GaAs substrate, and After growing an n-type GaAs cap layer on the double heterojunction structure, the cap layer is removed, a mesa stripe is formed on the double heterojunction structure, and then an n-type GaAs current is formed on the side of the mesa stripe. In this method, a blocking layer is grown, and then a p-type GaAs ohmic layer is grown on the double heterojunction structure and the current blocking layer.

(作用) 本発明によれば、ダブルヘテロ接合構造部の形成後、
最上層にn−GaAs層を成長することにより、pクラッド
層に前記第6図のレーザの場合と等価な熱処理効果が加
えられる。これにより、pクラッド層に取り込まれたZn
の活性化率が高められ、ダブルヘテロ接合構造部を形成
する第1の結晶成長工程で、第6図に示すn−GaAsブロ
ック層まで成長して作成するレーザと同等の高いキャリ
ア濃度を得ることができる。
(Operation) According to the present invention, after the formation of the double hetero junction structure,
By growing the n-GaAs layer as the uppermost layer, a heat treatment effect equivalent to that of the laser shown in FIG. 6 is added to the p-cladding layer. As a result, Zn incorporated in the p-cladding layer
In the first crystal growth step of forming the double heterojunction structure part, the activation rate of the semiconductor is increased to obtain a high carrier concentration equivalent to that of a laser formed by growing up to the n-GaAs block layer shown in FIG. Can be.

(実施例) 以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明す
る。
(Examples) Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the illustrated examples.

第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの製
造工程を示す断面図である。まず、第1図(a)に示す
如く、n−GaAs基板(Siドープ:3×1018cm-3)11上にMO
CVD法により、厚さ0.8μmの n−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pクラッド層(Siドープ5×1
017cm-3)12,厚さ0.06μmのアンドープIn0.5Ga0.5P活
性層13,厚さ0.8μmの p−In0.5(Ga0.3Al0.7)0.5Pクラッド層(Znドープ:5×1
017cm-3)14,厚さ0.05μmのp−In0.5Ga0.5Pコンタク
ト層(Znドープ:7×1017cm-3)15及び厚さ0.7μmのn
−GaAsキャップ層(Siドープ:8×1018cm-3)16を連続成
長する。
FIG. 1 is a sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor laser according to one embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1 (a), an MO is placed on an n-GaAs substrate (Si-doped: 3 × 10 18 cm −3 ) 11.
A 0.8 μm thick n-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7 ) 0.5 P cladding layer (Si-doped 5 × 1
0 17 cm -3) 12, a thickness of 0.06μm undoped In0.5Ga0.5P active layer 13, a thickness of 0.8μm p-In 0.5 (Ga 0.3 Al 0.7) 0.5 P cladding layer (Zn-doped: 5 × 1
0 17 cm -3 ) 14, p-In 0.5 Ga 0.5 P contact layer (Zn doped: 7 × 10 17 cm -3 ) 15 having a thickness of 0.05 μm and n having a thickness of 0.7 μm
-A GaAs cap layer (Si doped: 8 × 10 18 cm −3 ) 16 is continuously grown.

次いで、第1図(b)に示す如く、n−GaAsキャップ
層16を(H2SO4+H2O2+H2O)エッチング液を用いて除去
し、続いてSiO2膜17を形成する。このSiO2膜17をマスク
として用い、第1図(c)に示す如く、コンタクト層15
を(Br2+HBr+H2O)エッチング液を用いて除去し、さ
らに熱燐酸によりpクラッド層14を所望の深さまでエッ
チングしてメサストライプを形成する。
Then, as shown in Fig. 1 (b), the n-GaAs cap layer 16 (H 2 SO 4 + H 2 O 2 + H 2 O) was removed using an etchant, followed by forming the SiO 2 film 17. Using this SiO 2 film 17 as a mask, as shown in FIG.
Is removed using a (Br 2 + HBr + H 2 O) etchant, and the p-cladding layer 14 is further etched to a desired depth with hot phosphoric acid to form a mesa stripe.

次いで、第1図(d)に示す如く前記SiO2膜17をマス
クにしてメサストライプ側部に、電流阻止層として作用
するn−GaAsブロック層(Siドープ:8×1018cm-3)18を
1.5μmの厚さに選択成長する。次いで、第1図(e)
に示す如くSiO2膜17を除去した後、同図(f)に示す如
くp−GaAsオーミック層(Znドープ,1×1019cm-3)19を
3μm成長することにより、リブ導波型半導体レーザが
完成される。
Next, as shown in FIG. 1D, an n-GaAs block layer (Si-doped: 8 × 10 18 cm −3 ) 18 acting as a current blocking layer is formed on the side of the mesa stripe using the SiO 2 film 17 as a mask. To
Selectively grow to a thickness of 1.5 μm. Next, FIG. 1 (e)
After removing the SiO 2 film 17 as shown in FIG. 3 (a), a p-GaAs ohmic layer (Zn-doped, 1 × 10 19 cm −3 ) 19 is grown to 3 μm as shown in FIG. The laser is completed.

ここで、第1図(a)の構造を形成する第1回目の結
晶成長工程の条件は、成長温度TG=750℃,圧力P=25T
orr,総流量VS=1/min,III族及びV族元素のモル比
(V/III)=500とし、n−GaAsブロック層18,p−GaAsオ
ーミック層19を形成する第2及び第3の結晶成長工程の
成長条件は、TG=650℃,圧力P=50Torr,VS=1/mi
n,V/III=250とする。
Here, the conditions of the first crystal growth step for forming the structure of FIG. 1A are as follows: growth temperature T G = 750 ° C., pressure P = 25T
orr, the total flow rate V S = 1 / min, the molar ratio of group III and group V elements (V / III) = 500, and the second and third layers for forming the n-GaAs block layer 18 and the p-GaAs ohmic layer 19 The growth conditions for the crystal growth process of Example 1 are T G = 650 ° C., pressure P = 50 Torr, V S = 1 / mi.
n, V / III = 250.

本実施例方法により作成したウェハのpクラッド層の
キャリア濃度をC−V法により測定したところ、5×10
17cm-3が得られ、従来方法(第5図)で作成したウェハ
の約2倍に改善された。このウェハから作成した半導体
レーザはpクラッド層14のキャリア濃度が高くなったこ
とにより、熱抵抗が低減され、最高発振温度が50℃から
70℃に向上する等、温度特性の改善が見られ、高温動作
においても安定した動作を示した。なお、ダブルヘテロ
接合構造部の最上層に形成するキャップ層16は、n−Ga
Asとすれば上記のキャリア濃度の改善効果が得られる
が、p−GaAsとしてのではキャリア濃度の改善は得られ
なかった。
The carrier concentration of the p-cladding layer of the wafer prepared by the method of this embodiment was measured by the CV method.
17 cm -3 was obtained, which is about twice as large as that of the wafer prepared by the conventional method (FIG. 5). The semiconductor laser fabricated from this wafer has reduced thermal resistance due to the increased carrier concentration of the p-cladding layer 14, and has a maximum oscillation temperature of 50 ° C or less.
Improvements in temperature characteristics, such as an increase to 70 ° C, were observed, and stable operation was observed even at high temperatures. Incidentally, the cap layer 16 formed on the uppermost layer of the double hetero junction structure portion is n-Ga
As described above, the above-described effect of improving the carrier concentration can be obtained, but improvement of the carrier concentration cannot be obtained as p-GaAs.

かくして本実施例によれば、GaAs基板11上に形成した
InGaAlPからなるダブルヘテロ接合構造を用いたリブ導
波型半導体レーザの作成において、ダブルヘテロ接合構
造部を形成後、最上層にn−GaAs層16を形成することに
より、p−InGaAlPクラッド層14のキャリア濃度を十分
高めることができ、半導体レーザの素子特性向上をはか
ることが可能となる。
Thus, according to the present embodiment, it was formed on the GaAs substrate 11.
In the production of a rib waveguide semiconductor laser using a double heterojunction structure made of InGaAlP, a p-InGaAlP cladding layer 14 is formed by forming an n-GaAs layer 16 as an uppermost layer after forming a double heterojunction structure. The carrier concentration can be sufficiently increased, and the device characteristics of the semiconductor laser can be improved.

次に、本発明の別の実施例について説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described.

InGaAlP系材料は窒化物を除くIII−V族半導体化合物
の中で最大のエネルギーギャップを有し、0.5〜0.6μm
帯の発光素子材料として注目されている。InGaAlPから
なる半導体発光素子において、その発光波長は発光領域
となるInGaAlPのバンドギャップエネルギーによって決
定される。InGaAlPは、結晶成長法,成長条件によっ
て、その結晶中の元素のモル分率、即ち組成が同じであ
るにも拘らず、結晶中の原子配列が異なり、バンドギャ
ップエネルギーが異なることが知られている(例えば、
J.Grystsl Growth 93(1988)406−411)。また、p型
のInGaPにおいてドーピング量によりバンドギャップが
変化することが報告されている(Jpn.J.Appl.Phys.27
(1988)L1549−L1552)。
InGaAlP-based material has the largest energy gap among III-V group semiconductor compounds except nitride, and is 0.5-0.6 μm
It is attracting attention as a light emitting element material for a band. In a semiconductor light emitting device made of InGaAlP, its emission wavelength is determined by the band gap energy of InGaAlP which is a light emitting region. It is known that InGaAlP has a different atomic arrangement and a different band gap energy in the crystal depending on the crystal growth method and growth conditions, even though the mole fraction of the elements in the crystal, that is, the composition is the same. (For example,
J. Grystsl Growth 93 (1988) 406-411). Also, it has been reported that the band gap of p-type InGaP changes depending on the doping amount (Jpn. J. Appl. Phys. 27).
(1988) L1549-L1552).

本発明者等は一連の実験から、 In1-X-YGaXAlYPの4元混晶中にZnをドーピングすること
によりバンドギャップが大きく変化することを見出し
た。バンドギャップの変化が起きる点は、第2図に示す
ようにy=0の場合は、ホール濃度が1×1018cm-3付近
であるが、y=0.2の場合はそれより低い3×1017cm-3
付近でバンドギャップが変化する。さらに、y=0.2のI
n1-X-YGaXAlYPでは、y=0の場合に比べバンドギャッ
プの変化量が2倍以上大きいことを発見した。
The present inventors have found that a series of experiments, the band gap by doping Zn into quaternary mixed crystal of In 1-XY Ga X Al Y P greatly changes. As shown in FIG. 2, the point at which the band gap changes occurs when the hole concentration is about 1 × 10 18 cm −3 when y = 0, but is lower when y = 0. 17 cm -3
The band gap changes near. Furthermore, I = 0.2 for y = 0.2
In n 1-XY Ga X Al Y P, we found that variation of the band gap is larger than 2 times compared with the case of y = 0.

一般に、半導体発光素子においてキャリアを有効に閉
じ込めるためには、ダブルヘテロ構造が用いられる。そ
の場合は、p型半導体層のバンドギャップを大きくする
ために、 InGaAlPではAl組成を大きくする必要がある。しかし、Z
nをp型ドーパントとして用いた場合、Al組成yが0.25
以上になると急激にZnの取り込まれ率及び結晶中のZnの
電気的活性化率が低下するために、低抵抗のp型層を作
ることは困難である。実際、高いAl組成を持ったp型In
GaAlPを用いてダブルヘテロ構造のLEDを試作したが、直
列抵抗が非常に大きく、素子の発熱が大きくなるため寿
命特性が劣っていた。
Generally, a double hetero structure is used to effectively confine carriers in a semiconductor light emitting device. In that case, it is necessary to increase the Al composition in InGaAlP in order to increase the band gap of the p-type semiconductor layer. But Z
When n is used as a p-type dopant, the Al composition y is 0.25
Above this, it is difficult to form a low-resistance p-type layer because the rate of Zn incorporation and the rate of electrical activation of Zn in the crystal rapidly decrease. In fact, p-type In with high Al composition
A prototype LED with a double heterostructure was fabricated using GaAlP. However, the series resistance was very high, and the heat generation of the device was large, resulting in poor life characteristics.

このようにInGaAlPからなる発光層を持つシングルヘ
テロ構造,ホモ構造或いはダブルヘテロ構造の半導体発
光素子において、高発光効率を達成し、十分な発光強度
を得ることは困難であった。本実施例は、この点を改良
して高発光効率の半導体発光素子を実現している。
As described above, it has been difficult to achieve high luminous efficiency and obtain sufficient luminous intensity in a semiconductor light emitting device having a single hetero structure, a homo structure, or a double hetero structure having a light emitting layer made of InGaAlP. In this embodiment, this point is improved to realize a semiconductor light emitting device having high luminous efficiency.

第3図は本実施例における発光ダイオード(LED)の
概略構成を示す断面図である。図中31はp−GaAs基板、
32は p−In0.5Ga0.3Al0.2P半導体層、33はp−In0.5Ga0.3Al
0.2P発光層、34はn−In0.5Al0.5P半導体層、35はn側
オーミック電極、36はp側オーミック電極である。p型
半導体層32のホール濃度は5×1017cm-3,厚さは2.5μ
mであり、p型発光層33のホール濃度は1×1017cm-3
厚さは0.5μmであり、n型半導体層34のドナー濃度は
1×1018cm-3,厚さは3μmである。
FIG. 3 is a sectional view showing a schematic configuration of a light emitting diode (LED) in the present embodiment. In the figure, 31 is a p-GaAs substrate,
32 is a p-In 0.5 Ga 0.3 Al 0.2 P semiconductor layer, and 33 is a p-In 0.5 Ga 0.3 Al
A 0.2 P light emitting layer, 34 is an n-In 0.5 Al 0.5 P semiconductor layer, 35 is an n-side ohmic electrode, and 36 is a p-side ohmic electrode. The p-type semiconductor layer 32 has a hole concentration of 5 × 10 17 cm −3 and a thickness of 2.5 μm.
m, the hole concentration of the p-type light emitting layer 33 is 1 × 10 17 cm −3 ,
The thickness is 0.5 μm, the donor concentration of the n-type semiconductor layer 34 is 1 × 10 18 cm −3 , and the thickness is 3 μm.

第4図に第3図に示したLEDの電流と発光強度との関
係を示す。第4図に実線で示す如く、本実施例のLEDの
発光強度は電流に比例して増加し、実用に十分な発光強
度を得ることができた。第4図に破線で示すのは従来例
であり、200mAの電流値で比較すると、本実施例によるL
EDによれば5倍以上の発光強度が得られる。
FIG. 4 shows the relationship between the current and the light emission intensity of the LED shown in FIG. As shown by the solid line in FIG. 4, the light emission intensity of the LED of this example increased in proportion to the current, and a light emission intensity sufficient for practical use was obtained. The broken line in FIG. 4 shows the conventional example.
According to the ED, a light emission intensity five times or more can be obtained.

このように高い発光効率を得ることができるのは、次
のような理由による。第2図にInGaAlPのホール濃度と
室温のPL測定から求めたバンドギャップエネルギーの変
化を示す。ホール濃度が増加すると、バンドギャップエ
ネルギーは高エネルギー側に変化する。つまり、p型半
導体層のホール濃度は7×1017cm-3でエネルギーギャッ
プは1.17eVであるが、p型発光層のホール濃度は1×10
17cm-3でエネルギーギャップは2.12eVであるため、2つ
の層は同じ組成であるにも拘らず、50meVのエネルギー
ギャップ差を生じている。このエネルギーギャップ差に
よりキャリアを発光層内に有効に閉じ込めることが可能
となり、先にのべたような高い発光効率を実現できる。
Such high luminous efficiency can be obtained for the following reasons. FIG. 2 shows a change in the hole concentration of InGaAlP and a change in band gap energy obtained from PL measurement at room temperature. As the hole concentration increases, the band gap energy changes to a higher energy side. In other words, the hole concentration of the p-type semiconductor layer is 7 × 10 17 cm −3 and the energy gap is 1.17 eV, but the hole concentration of the p-type light emitting layer is 1 × 10 17
Since the energy gap is 2.12 eV at 17 cm -3 , the two layers have an energy gap difference of 50 meV despite having the same composition. Due to this energy gap difference, carriers can be effectively confined in the light emitting layer, and the high luminous efficiency as described above can be realized.

また、第2図から判るようにy=0に比べy=0.2の
方がエネルギーギャップの変化量が大きい。つまり、y
=0.2付近の発光層を持ち、緑色の発光が起きるInGaAlP
半導体発光装置において本実施例の効果は大きい。n型
のInGaAlPにおいては、ドナー濃度によってバンドギャ
ップエネルギーの変化は起きなかった。n型の場合、バ
ンドギャップエネルギーはy=0で1.88eV,y=0.2で2.1
2eVであり、p型InGaAlPの低ドーピング領域におけるバ
ンドギャップエネルギーと同じであった。つまり、発光
層がn型であっても、p型InGaAlP半導体層のドーピン
グ量を大きくし、エネルギーギャップを大きくすれば、
先に述べたのと同様の効果が得られる。また、上記例で
はLEDについて述べたが、活性層及びp型クラッド層に
関しては、第1図に示す半導体レーザ及びその他の半導
体レーザにも適用できるのは勿論である。
As can be seen from FIG. 2, the change amount of the energy gap is larger at y = 0.2 than at y = 0. That is, y
InGaAlP that has a light-emitting layer near = 0.2 and emits green light
This embodiment has a great effect in the semiconductor light emitting device. In n-type InGaAlP, the band gap energy did not change depending on the donor concentration. In the case of n-type, the band gap energy is 1.88 eV at y = 0 and 2.1 at y = 0.2.
2 eV, which was the same as the band gap energy in the low doping region of p-type InGaAlP. That is, even if the light emitting layer is n-type, if the doping amount of the p-type InGaAlP semiconductor layer is increased and the energy gap is increased,
The same effect as described above can be obtained. Although the LED is described in the above example, it goes without saying that the active layer and the p-type cladding layer can be applied to the semiconductor laser shown in FIG. 1 and other semiconductor lasers.

[発明の効果] 以上詳述したように本発明によれば、InGaAlPからな
るダブルヘテロ接合構造を用いて半導体レーザを作成す
る際、ダブルヘテロ接合部の成長後、最上層にn−GaAs
層を形成することにより、pクラッド層のキャリア濃度
を高めることができ、キャリア濃度が低いことによる温
度特性の低下を抑制し、素子特性の向上に寄与し得る半
導体レーザを製造することができる。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the present invention, when a semiconductor laser is manufactured using a double heterojunction structure made of InGaAlP, n-GaAs is formed on the uppermost layer after the growth of the double heterojunction.
By forming the layer, the carrier concentration of the p-cladding layer can be increased, a decrease in temperature characteristics due to a low carrier concentration can be suppressed, and a semiconductor laser that can contribute to an improvement in device characteristics can be manufactured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例に係わる半導体レーザの製造
工程を示す断面図、第2図乃至第4図はそれぞれ本発明
の他の実施例を説明するためのもので第2図はホール濃
度とバンドギャップエネルギーとの関係を示す特性図、
第3図はLED構造を示す断面図、第4図は電流と発光強
度との関係を示す特性図、第5図及び第6図はそれぞれ
従来の問題点を説明するための工程断面図である。 11…n−GaAs基板 12…n−InGaAlPクラッド層 13…InGaP活性層 14…p−InGaAlPクラッド層 15…p−InGaPコンタクト層 16…n−GaAsキャップ層 17…SiO2膜(マスク) 18…n−GaAsブロック層(電流阻止層) 19…p−GaAsコンタクト層
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a semiconductor laser according to one embodiment of the present invention. FIGS. 2 to 4 are views for explaining another embodiment of the present invention, and FIG. Characteristic diagram showing the relationship between concentration and band gap energy,
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an LED structure, FIG. 4 is a characteristic diagram showing a relationship between current and light emission intensity, and FIGS. 5 and 6 are cross-sectional views for explaining a conventional problem. . 11 ... n-GaAs substrate 12 ... n-InGaAlP cladding layer 13 ... InGaP active layer 14 ... p-InGaAlP cladding layer 15 ... p-InGaP contact layer 16 ... n-GaAs cap layer 17 ... SiO 2 film (mask) 18 ... n -GaAs block layer (current blocking layer) 19 ... p-GaAs contact layer

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】n型GaAs基板上に In1-Y(Ga1-XAlX)YPからなるダブルヘテロ接合構造部を
成長し、且つこのダブルヘテロ接合構造部の上にn型Ga
Asキャップ層を成長する工程と、前記キャップ層を除去
する工程と、次いで前記ダブルヘテロ接合構造部にメサ
ストライプを形成する工程と、前記メサストライプの側
部にn型GaAs電流阻止層を成長する工程と、前記ダブル
ヘテロ接合構造部及び電流阻止層上にp型GaAsオーミッ
ク層を成長する工程とを含むことを特徴とする半導体発
光装置の製造方法。
1. A double heterojunction structure comprising In 1 -Y (Ga 1 -xAl x ) YP is grown on an n-type GaAs substrate, and an n-type Ga is formed on the double heterojunction structure.
Growing an As cap layer, removing the cap layer, then forming a mesa stripe in the double heterojunction structure, and growing an n-type GaAs current blocking layer on the side of the mesa stripe. And a step of growing a p-type GaAs ohmic layer on the double heterojunction structure and the current blocking layer.
【請求項2】前記ダブルヘテロ接合構造部のp型クラッ
ド層のAl組成は活性層のAl組成と同じ又はそれより大き
く、p型クラッド層のp型不純物は同組成のn型InGaAl
Pよりエネルギーギャップが大きくなる範囲にドーピン
グされていることを特徴とする請求項1記載の半導体発
光装置の製造方法。
2. The Al composition of the p-type cladding layer of the double hetero junction structure is equal to or greater than the Al composition of the active layer, and the p-type impurity of the p-type cladding layer is n-type InGaAl having the same composition.
2. The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the doping is performed in a range where the energy gap is larger than P.
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