JPH04146680A - Ｐ型化合物半導体の製造方法、半導体発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Ｐ型化合物半導体の製造方法、半導体発光装置及びその製造方法

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JPH04146680A
JPH04146680A JP2270735A JP27073590A JPH04146680A JP H04146680 A JPH04146680 A JP H04146680A JP 2270735 A JP2270735 A JP 2270735A JP 27073590 A JP27073590 A JP 27073590A JP H04146680 A JPH04146680 A JP H04146680A
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semiconductor
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semiconductor layer
arsine
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Koji Ando
安東　幸司
Tetsuya Yagi
哲哉 八木
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体発光装置例えば半導体レーザ及びその
製造方法に関するものである。また、本発明は１例えば
半導体レーザの一部を構成するＰ型化合物半導体層の製
造方法に関する。
［従来の技術］ 従来、半導体レーザとしては様々なものかあるか、その
−例として第６図に示すようなＴＪＳレーサかある。こ
のＴＪＳレーサは、例えば次のようにして製造される。
即ち、まず半絶縁性ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板２上
に、マクネシウム（Ｍｇ）トープＰ型ＧａＡｓ層４を液
相工どタキシャル成長法によって形成する。このＭｇト
ープＰ型ＧａＡｓ層４上に、テルル（Ｔｅ）　トープＮ
型ＡｌＧａＡｓ下クラッド層６を液相エピタキシャル成
長法によって形成する。次に、下クラット層６上に、Ｔ
ｅトープＮ型Ａ］ＧａＡｓ活性層８を液相エピタキシャ
ル成長法によって形成する。この活性層８上に、Ｔｅト
ープＮ型ＡｌＧａＡｓ上クりット層１０を液相エピタキ
シャル成長法によって形成する。この上クラット層１０
の上面に、ＴｅトープＮ型ＧａＡｓ層１２を液相エピタ
キシャル成長法によって形成する。そして、ＧａＡｓ層
２、ＭｇトープＰ型ＧａＡｓ層４、下クラット層６、活
性層８及び上クラット層１０と、ＴｅトープＮ型ＧａＡ
ｓ層１２との各一部に、ＴｅトープＮ型ＧａＡｓ層１２
の上面側からＺｎを拡散することによって、上記ＧａＡ
ｓ層２、ＭｇＦ−プＰ型ＧａＡｓ層４、下クラット層６
、活性層８及び上クラット層】０の一部をＺｎ拡散Ｐ３
領域１４に変換すると共に、ＴｅトープＮ型ＧａＡｓ層
１２の一部をＺｎトープＰ３型ＧａＡｓ層１６に変換す
る。そして、トライフィン拡散を行なうことにより、ｚ
ｎ拡散Ｐ′″領域１４及びＺｎトープｐ”型ＧａＡｓ層
１６のＺｎをｚｎ拡散Ｐ０領域１４及びＺｎトープＰ′
″型ＧａＡｓ層１６の外方に拡散させて、Ｚｎｎトライ
フィン拡散領領域１８形成する。最後に、Ｚｎトライツ
イン拡散Ｐ領域Ｉ８のうち丁ｅトープＮ型ＧａＡｓ層１
２とＺｎｎトープ型ＧａＡｓ層１６との間にある部分と
、その両側のＰ型ＧａＡｓ層１６の一部とＮ型ＧａＡｓ
層１２゛の一部とをエツチツクによって除去し、Ｔｅド
ープＮ型ＧａＡｓ層１２ａと、ＺｎトーフＰ”５ＧａＡ
ｓコンタクト層１２ｂとを形成する。
［発明か解決しようとする課題］ 第６図に示したＴＪＳ半導体レーザては、Ｐ型ＧａＡｓ
層４、下クラット層６、活性層８、上クラッド層１０、
Ｎ型ＧａＡｓ層１２を製造するのに液相エピタキシャル
成長法を用いている。しかし、この半導体レーザの性能
のバラツキや再現性を考慮した場合、ＭＯＭＢＥやＭＯ
ＣＶＤのような熱分解反応を伴なう気相成長法を用いて
製造することか望ましい。
ところか、熱分解反応を伴なう気相成長法を用いた場合
、Ｐ型ＧａＡｓ層４の形成か問題となる。もし、熱分解
反応を伴なう気相成長法で使用可能なＺｎをドーパント
として熱分解反応を伴なう気相成長法てｚｎｎトープ型
ＧａＡｓ層を、ＭｇドープＰ型ＧａＡｓＭ４に替えて形
成した場合、Ｉｎの拡散速度は速いのて、Ｚｎ拡散Ｐ゛
領域１４を形成するための拡散工程や、Ｚｒ＋トライツ
イン拡散拡散域領域１８成するためのドライブイン拡散
工程において、Ｚｎｎドープ型ＧａＡｓ層からＧａＡｓ
層２やＴｅトープＮ型ＡｌＧａＡｓ層６にＺｎか拡散す
る。そのためｚｎｎトープ型ＧａＡｓ層のキャリア濃度
か小さくなる。
そこて、拡散速度か遅いが、熱分解反応を伴なう気相成
長法て使用不能なＭｇをドーパントとして液相エピタキ
シャル法によってＭｇトープＰ型ＧａＡｓ層４を形成し
ている。
ところて、拡散速度か極端に遅く、熱分解反応を伴なう
気相成長法て使用可能なドーパントとして炭素（Ｃ）が
ある。そこてＣをドーパントとして熱分解反応を伴なう
気相成長法てＰ型ＧａＡｓ半導体層を製造することか望
まれていた。
ＣをドーパントとしてＰ型ＧａＡｓ半導体を形成する方
法としては、例えば特開昭６２−１０４１１８号公報や
特開昭６３−８８８２０号公報に開示されているような
ものかある。特開昭６２−１０４１１８号公報に開示さ
れている製造方法は、トリメチルガリウムと砒素とをソ
ースとしてＭＢＥ法によってＰ型ＧａＡｓ半導体層を形
成するものである。また特開昭６：ｌ−８８８２０号公
報に開示されている製造方法は、ＭＯＣＶＤ法によって
Ｐ型ＧａＡｓ半導体層を成長させる際に、トリメチルガ
リウムとアルシンとを交互に供給させるものである。
しかし、特開昭６２−１０４１１８号公報の製造方法で
は、ＭｌｊＥ法でしか製造することかてきず、またＣの
濃度調整か困難であるという問題点かあった。
また、特開昭６３−８８８２０号公報の製造方法ては、
Ｃの濃度は調整てきるか、トリメチルガリウムとアルシ
ンとを交互に供給しなければならず、製造か面倒である
という問題点かあった。
本発明は１ＣをドーパントとしたＰ型ガリウム砒素半導
体の製造方法を提供することを目的とする。
また本発明は、ＣをドーパントとしたＰ型カリウム砒素
半導体層を一部に有する半導体発光装置及びその製造方
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］ 第１発明は、メチル基を有する有機金属と、アルシンと
、砒素のアルキル化合物とを、それぞれソースとして、
熱分解反応を伴なう気相成長法によってＰ型ＧａＡｓ半
導体層を形成するものである。
第２の発明は、光学的に能動でないＰ型化合物半導体層
を、熱分解反応を伴なう気相成長法によって製造するに
際し、メチル基を有する有機金属と、アルシンと、砒素
のアルキル化合物とを、それぞれソースとしたことを特
徴とする半導体発光装置の製造方法である。
第３の発明は、半絶縁性の半導体基板と、この基板上に
形成されたＰ型の第１の半導体層と、第１の半導体層上
に形成されたＮ型の第２の半導体層と、第２の半導体層
上に形成され第１及び第２の半導体層よりも禁制帯幅の
狭いＮ型の第３の半導体層と、第３の半導体層上に形成
され第３の半導体層よりも禁制帯幅の広いＮ型の第４の
半導体層と、少なくとも第２、第３及び第４の半導体層
の一部に拡散により形成されたＰ型領域とを、備え、第
１の半導体層のドーパントとして炭素を用いたことを特
徴とする半導体レーザ装置である。
第４の発明は、第３の発明の半導体レーザ装置の製造方
法てあって、第１の半導体層を、メチル基を有する有機
金属と、アルシンと、砒素のアルキル化合物とを、それ
ぞれソースとして、熱分解反応を伴なう気相成長法によ
って形成する段階と、第２乃至第４の半導体層を熱分解
反応を伴なう気相成長法によって形成する段階とを、具
備する半導体レーザ装置の製造方法である。
［作用］ 第１の発明によれは、メチル基を有する有機金属とアル
シンとか熱分解を伴なう反応をして、砒素を含む化合物
半導体か形成され、砒素のアルキル化合物とメチル基を
有する有機金属とか、熱分解反応を伴なう反応をして、
砒素を含む化合物半導体と炭素とを形成し、この炭素か
アクセプタとして砒素を含む化合物半導体に取り込まれ
ると考えられる。このとき、アルシンと砒素のアルキル
化合物との比率を調整することによってアクセフタの濃
度を調整することかてきる。
第２の発明は、半導体発光装置における光学的に能動で
ないＰ型化合物半導体層を、第１の発明に基いて製造し
たものである。
第３の発明は、従来の項て説明したような半導体レーザ
におけるＰ型化合物半導体層のアクセプタとして炭素を
用いてあり、熱分解反応を伴なう気相成長法によって製
造てきる。
第４の発明は、第３の半導体レーザ装置のＰ型ＧａＡｓ
半導体層を第１の発明によって製造し、他の半導体層を
熱分解を伴なう気相成長法て製造するものである。
［実施例］ 以下、本発明をＴＪＳ半導体レーザ装置に実施したｌ実
施例に基いて説明する。この実施例は、半絶縁性のＧａ
Ａｓ基板２２を有し、その上面には、光学的に能動でな
い層として機能するＣトープＰ型ＧａＡｓ層２４か形成
されている。このＣトープＰ型ＧａＡｓ層２４は、例え
ば厚さか０．１乃至０．３７ｚｍのものて、Ｃの濃度か
例えばｌ乃至１０Ｘ　１０Ｉ８ｃ■−３のものである。
ＣトープＰ型ＧａＡｓ層２４の上面には、セレン（Ｓｅ
）トープＮ型ＡＩ０３６Ｇａｏ、５４ＡＳ下クラット層
２６か形成されている。この下クラッド層２６は、例え
ば厚さか０．５乃至３ｕＬＩＩて、Ｓｅの濃度か例えば
１乃至】ＯＸ　１０”ｃｍ−３のものである。
この下クラット層２６の上面には、ＳｅトープＮ型Ａｌ
ｏ、　ｏ６Ｇａｏ、　５４Ａｓ活性層２８か形成されて
いる。この活性層２８は、例えば厚さか５００乃至１５
００人て、Ｓｅの濃度か例えば１乃至１０ｘ　１０”ｃ
ｍ−’のものである。この活性層２８の組成か、Ａｌｏ
、　ｏ６Ｇａｏ、　９４ＡＳてあるのて、禁制帯の輻は
、Ｐ型ＧａＡｓ層２４．下クラット層２６よりも狭い。
活性層２８の上面にはＳｅトープＮ型Ａ１０３６Ｇａｏ
、　６４＾Ｓ上クラット層３０か形成されている。この
上クラット層３０は、例えば厚さか０，５乃至３ｇｍで
、Ｓｅの濃度か例えば１乃至１０Ｘ　１０”ｃｍ−’の
ものである。この上クラット層３０の組成は、ＡＩＯ，
：＋ｔ＋Ｇａｏ、　６４Ａｓてあり、Ｐ型ＧａＡｓ層２
４及び下クラット層２６と同一であるのて、活性層２８
よりも禁制帯の幅か広いものである。
上クラット層３０の上面には、ＳｅトープＮ型ＧａＡｓ
コンタクト層３２か形成されている。このコンタクト層
３２は、例えば厚さか１乃至３ＩＬｍて、Ｓｅの濃度か
例えば３乃至１０ｘ　１０１１０ｌ８’のものである。
ＧａＡｓ層２２、Ｐ型ＧａＡｓ層２４、下クラット層２
６、活性層２８、上クラット層３０内の各一部には、Ｚ
ｎ拡散Ｐ０領域３４が形成され、このＺｎ拡散Ｐ０領域
３４と、Ｚｎか拡散されていないＧａＡｓ層２２、Ｐ型
ＧａＡｓ層２４、下クラット層２６、活性層２８、上ク
ラット層３０の各部分との間には、ｚｎｎトライツイン
拡散領領域３５形成されている。このＺｎトライフィン
拡ＭＰ領域３６の幅寸法は、例えば２乃至４μｍである
。
またＺｎ拡、Ｈｐ”領域３４上にはＺｎトープＰ′″型
ＧａＡｓコンタクト層３８か形成されている。このコン
タクト層３８も、コンタクト層３２と同様に例えば１乃
至３ｐ−ｍの厚さを有する。また、Ｚｎ拡散Ｐ３領域３
４の厚さは例えば２乃至４ｐ−ｍである。また、コンタ
クト層３８、Ｚｎ拡散Ｐ″″領域３４のＺｎの濃度は、
例えば０．８乃至２　Ｘ　１０上９ｃｍ−’て、ｚｎｎ
トライフィン拡散領領域３６Ｚｎの濃度は例えば０．５
乃至５ｘ１０Ｉ６ｃｍ−３である。
上記のような構成のＴＪＳレーザては、コンタクト層３
８に正の電圧を、コンタクト層３２に負の電圧を印加す
ると、公知のように活性層２８とＺｎ拡散Ｐ′″領域３
４とに挟まれたＺｎｎトライフィン拡散領領域３６第１
図において黒く塗りつぶした部分）においてレーザ発振
を生しる。なお、ｚｎｎドライブイン拡散領領域３６設
けているのは、Ｐ゛領域りもＰ領域の方か屈折率か高い
のて、これを利用して発振したレーザ光の閉し込め効果
を高めるためである。
このＴＪＳレーザ装置のＰ型ＧａＡｓ層２４．下クラッ
ト層２６、活性層２８、上クラット層３０．コンタクト
層３２は、例えば、ＭＯＣＶＤ法によって製造される。
その場合の成長温度は、例えば８００”Ｃである。まず
Ｐ型ＧａＡｓ層２４を第２図に示すように形成する場合
、原料としてメチル基を有する有機金属、例えばトリメ
チルカリウム（ＣＨ：＋）＋Ｇａと、アルシンＡｓＨ，
と、砒素のアルキル化合物、例えばトリメチルアルシン
（ＣＨ３）　３ＡＳとを用いる。ここでトリメチルガリ
ウムは、例えば蒸気圧を３９ｍｍＨｇとして３　ｃｃ／
■ｉｎの流量てＧａＡｓ基板２２を収容した反応器に供
給し、トリメチルアルシンは、例えば蒸気圧を２３３ｍ
＠Ｈｇとして５０ｃｃ／ｓｉｎの流量て反応器に供給す
る。また、アルシンは、例えばトリメチルアルシンに対
して６０乃至９０％供給する。即ち、アルシンの流量を
トリメチルアルシンと同しく　５０ｃｃ／ｍｊｎとする
と、蒸気圧を２３３　ｘ　Ｏ，６＋ｓｍＨｇ乃至２３３
ｘＯ，９ｍｍＨｇとするか、蒸気圧をトリメチルアルシ
ンと同じ（２３３ｍｍＨｇとして、流量を５０ｘ　（１
，５ｃｃ／ｓｉｎ乃至５０ｘ　Ｏ，９ｃｃ／層ｉｎとす
る。これらは同時に反応器に供給される。
この場合の反応は、次の通りと考えられる。
（ＣＬ）　３Ｇａ＋　ＡｓＨｉ−ＧａＡｓ層　３　ＣＨ
４↑（ＣＨ３）３Ｇａ＋　（ＣＨｓ）３Ａｓ＋　ＧａＡ
ｓ層　４　ＣＨ４↑＋２ｃ但し２Ｃは固体てあり、Ｇａ
Ａｓ中にトープされる。
上記の反応からすると、トリメチルガリウムとトリメチ
ルアルシンとを反応させることにより炭素をＧａＡｓ中
にトープすることかできるか、この場合Ｃの濃度を調整
することかて色ない。もし、トリメチルガリウムとトリ
メチルアルシンとの反応たけてＣの濃度を調整しようと
すると、成長温度を変更しなければならない。成長温度
はＭＯＣＶＤの基本条件であるのて、Ｐ型ＧａＡｓ層２
４を形成する場合も、下クラット層２６、活性層２８、
上クラット層３゜をＭＯＣＶＤ法て形成する場合も、常
に一定値に保持することか望ましく、変更することは望
ましくない。そこで、本方法ては、アルシンを加えて成
長温度を変更することなく、Ｃの濃度を調整している。
上記のようにしてＰ型ＧａＡｓ層２４を形成した後トリ
メチルアルミニウム、トリメチルガリウム、アルシン及
びセレン化水素を原料として、第３図に示すように下ク
ラット層２６．活性層２８、上クラット層３０を形成す
る。
さらに、トリメチルガリウム、アルシン、セレン化水素
を原料として、第４図に示すように上クラット層３０上
にコンタクト層３２．３８の原型となるＳｅトープＮ型
ＧａＡｓ層４０を形成する。
そして、このＧａＡｓ層４０の上面側の一部からｌｎを
拡散によりトープして、第５図に示すように、ＧａＡｓ
層４０、上クラット層３０、活性層２８、下クラット層
２６、Ｐ型ＧａＡｓ層２４、ＧａＡｓ層２２の一部を領
域４２に変換する。さらに、このｚｎｎトープ型拡散領
域４２のＩｎをトライフィン拡散させて、ｚｎｎトライ
フィン拡散梨型領域４４形成する。最後に、ＧａＡｓ層
４０の一部、ＧａＡｓ層４０とＰＮ接合しているｚｎｎ
トープ型拡散領域４２の一部をエツチングによって除去
し、第１図に示すようにＺｎｎトープ型ＧａＡｓ層３８
を形成する。
上記の実施例ては、ＣトープＰ型ＧａＡｓ層２４をＴＪ
Ｓレーザの１構成要素として形成したか、他の半導体レ
ーザや、ホトタイオート等の半導体発光装置の１構成要
素とすることもてきるし、ＨＥＭＴ等の１構成要素とす
ることもてきる。また上記の実施例ては、炭素をＧａＡ
ｓ層にトープしたか、他の化合物半導体、例えばＡｌＧ
ａＡｓ等にトープすることもてきる。また、上記の実施
例ては、Ｚｎｎドライブイン拡散領領域３６設けたか、
必ずしも設ける必要はない。またＺｎ拡散Ｐ＋領域３４
はＧａＡｓ層２２の一部に達するように形成したか、こ
こまて設ける必要は必ずしもなく、例えばＰ型ＧａＡｓ
層２４まて設けたたけてもよい。
［発明の効果コ 以上のように、第１の発明によれは、熱分解反応を伴な
う気相成長法によって化合物半導体を形成する際に、炭
素をＰ型化合物半導体にトープすることかてき、しかも
アルシンと砒素のアルキル化合物との割合を調整するこ
とによって炭素の濃度を調整することかできる。さらに
、アルシンと砒素のアルキル化合物とメチル基を有する
有機金属とを、同時に反応器に供給することかてきるの
て、Ｐ型化合物半導体の製造か容易となる。
第２及び第３の発明によれば、半導体発光装置の光学的
に能動でないＰ型化合物半導体層のドーパントを炭素と
てきるのて、半導体発光装置の他の半導体層を拡散によ
って形成している際に、このＰ型化合物半導体層から炭
素か拡散しにくい。
従って、Ｐ型化合物半導体層の炭素の濃度か変化しにく
くなる上に、他の半導体層の組成の制御も容易となる。
第４の発明によれば、半導体レーザの構成要素の内エピ
タキシャル成長法によって形成する部分を全て熱分解反
応を伴なう気相成長法によって製造することがてきるの
て、半導体レーザの各半導体層の膜厚や組成を所望通り
制御することがてきるので、半導体レーザの再現性か向
上し、ばらつきが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による半導体発光装置の１実施例の縦断
面図、第２図乃至第５図は同実施例の製造過程を示す図
、第６図は従来の半導体発光装置の縦断面図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）メチル基を有する有機金属と、アルシンと、砒素
    のアルキル化合物とを、それぞれソースとして、熱分解
    反応を伴なう気相成長法によってＰ型半導体層を形成す
    ることを特徴とするＰ型化合物半導体の製造方法。
  2. （２）光学的に能動でないＰ型化合物半導体層を、熱分
    解反応を伴なう気相成長法によって製造するに際し、メ
    チル基を有する有機金属と、アルシンと、砒素のアルキ
    ル化合物とを、それぞれソースとしたことを特徴とする
    半導体発光装置の製造方法。
  3. （３）半絶縁性の半導体基板と、この基板上に形成され
    たＰ型の第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成さ
    れたＮ型の第２の半導体層と、第２の半導体層上に形成
    され第１及び第２の半導体層よりも禁制帯幅の狭いＮ型
    の第３の半導体層と、第３の半導体層上に形成され第３
    の半導体層よりも禁制帯幅の広いＮ型の第４の半導体層
    と、少なくとも第２、第３及び第４の半導体層の一部に
    拡散により形成されたＰ型領域とを、備え、第１の半導
    体層のドーパントとして炭素を用いたことを特徴とする
    半導体レーザ装置。
  4. （４）請求項３記載の半導体レーザ装置の製造方法であ
    って、第１の半導体層を、メチル基を有する有機金属と
    、アルシンと、砒素のアルキル化合物とを、それぞれソ
    ースとして、熱分解反応を伴なう気相成長法によって形
    成する段階と、第２乃至第４の半導体層を熱分解反応を
    伴なう気相成長法によって形成する段階とを、具備する
    半導体レーザ装置の製造方法。
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