JPH0832181A - 発光デバイスをｐ型ドーピングする方法 - Google Patents
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- JPH0832181A JPH0832181A JP7189756A JP18975695A JPH0832181A JP H0832181 A JPH0832181 A JP H0832181A JP 7189756 A JP7189756 A JP 7189756A JP 18975695 A JP18975695 A JP 18975695A JP H0832181 A JPH0832181 A JP H0832181A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/305—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure
- H01S5/3054—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region characterised by the doping materials used in the laser structure p-doping
-
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
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- H01S5/183—Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
- H01S5/18361—Structure of the reflectors, e.g. hybrid mirrors
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- Physics & Mathematics (AREA)
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 垂直キャビティ表面発光レーザ（ＶＣＳＥ
Ｌ：Vertical Cavirty Surface Emitting Laser ）の分
散ブラグ・リフレクタ（ＤＢＲ：Distributed Bragg Re
flector)における炭素ドーピング・レベルを制御する方
法を提供する。 【構成】 第１ミラー・スタック１０５は、基板１０２
の表面１０１上に被着される。第１クラッディング領域
１０６は、第１ミラー・スタック１０５上に被着され
る。活性層１０８は、第１クラッディング層１０６上に
被着される。第２クラッディング層１０９は、活性層１
０８上に被着される。第２ミラー・スタック１１１は、
第２クラッディング層１０９上に被着され、Ｖ族含有有
機金属（ＴＢＡｓ）とＩＩＩ族有機金属（トリメチルガ
リウムおよびトリメチルアルミニウム）との比率によっ
て制御される炭素ドーピング・レベルを有する。
Ｌ：Vertical Cavirty Surface Emitting Laser ）の分
散ブラグ・リフレクタ（ＤＢＲ：Distributed Bragg Re
flector)における炭素ドーピング・レベルを制御する方
法を提供する。 【構成】 第１ミラー・スタック１０５は、基板１０２
の表面１０１上に被着される。第１クラッディング領域
１０６は、第１ミラー・スタック１０５上に被着され
る。活性層１０８は、第１クラッディング層１０６上に
被着される。第２クラッディング層１０９は、活性層１
０８上に被着される。第２ミラー・スタック１１１は、
第２クラッディング層１０９上に被着され、Ｖ族含有有
機金属（ＴＢＡｓ）とＩＩＩ族有機金属（トリメチルガ
リウムおよびトリメチルアルミニウム）との比率によっ
て制御される炭素ドーピング・レベルを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、半導体材料の
ドーピングに関し、さらに詳しくは、発光デバイスにお
いて用いられる層のドーピングに関する。
ドーピングに関し、さらに詳しくは、発光デバイスにお
いて用いられる層のドーピングに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、垂直キャビティ表面発光レーザ
（ＶＣＳＥＬ：vertical cavity surface emitting las
er）と呼ばれるレーザ・デバイスに対する関心が高まっ
ている。ＶＣＳＥＬデバイスの利点は、このデバイスは
ウェハに対して垂直な光を発光し、アレイ形成・集積お
よびオン・ウェハ試験(on-wafer testing)について将来
性が高いことである。従来、ＶＣＳＥＬデバイスは、そ
の分散ブラグ・リフレクタ（ＤＢＲ：Distributed Brag
g Reflector ）において高濃度にドーピングされたアル
ミニウム・ガリウム砒素層（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ／Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ）を利用する。これらのＶＣＳＥＬデバ
イスは、一般に、可視（０．６５ミクロン）から赤外線
（０．９８ミクロン）に近い波長の範囲で動作する。よ
って、ＤＢＲは０．５７ミクロンよりも長い波長を反射
するように作られる。一般に、ＤＢＲはｐ型ドーパント
またはｎ型ドーパントのいずれかでドーピングされる。
これらの層構造の成長は、ＭＯＣＶＤ(Metal-organic C
hemical Vapor Deposition) ，ＭＢＥ(Molecular Beam
Epitaxy)またはＣＢＥ(Chemical Beam Epitaxy) などの
エピタキシャル成長方法によって達成される。
（ＶＣＳＥＬ：vertical cavity surface emitting las
er）と呼ばれるレーザ・デバイスに対する関心が高まっ
ている。ＶＣＳＥＬデバイスの利点は、このデバイスは
ウェハに対して垂直な光を発光し、アレイ形成・集積お
よびオン・ウェハ試験(on-wafer testing)について将来
性が高いことである。従来、ＶＣＳＥＬデバイスは、そ
の分散ブラグ・リフレクタ（ＤＢＲ：Distributed Brag
g Reflector ）において高濃度にドーピングされたアル
ミニウム・ガリウム砒素層（Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ／Ａｌ
y Ｇａ1-y Ａｓ）を利用する。これらのＶＣＳＥＬデバ
イスは、一般に、可視（０．６５ミクロン）から赤外線
（０．９８ミクロン）に近い波長の範囲で動作する。よ
って、ＤＢＲは０．５７ミクロンよりも長い波長を反射
するように作られる。一般に、ＤＢＲはｐ型ドーパント
またはｎ型ドーパントのいずれかでドーピングされる。
これらの層構造の成長は、ＭＯＣＶＤ(Metal-organic C
hemical Vapor Deposition) ，ＭＢＥ(Molecular Beam
Epitaxy)またはＣＢＥ(Chemical Beam Epitaxy) などの
エピタキシャル成長方法によって達成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらのドー
ピング層を作製するために適切なｐ型ドーパントを選択
することは問題となる。例えば、ＭＯＣＶＤでは亜鉛
（Ｚｎ）はｐ型ドーパントとして一般に用いられるが、
亜鉛は極めて高い拡散係数を有するので、ＤＢＲをドー
ピングするのに利用できない。別の一般に用いられるｐ
型ドーパント源として、炭素（Ｃ）用の四塩化炭素(car
bon tetrachloride)（ＣＣｌ4 ）があり、これはｐ型ド
ーパントである。残念ながら、四塩化炭素は、現在使用
が差し控えられいるオゾン破壊材料であるため、ＣＣｌ
4 は利用できない。こられ２つの一般に用いられるｐ型
ドーパントは利用できないので、ＤＢＲをｐ型ドーピン
グするための別の方法が必要とされることが明白であ
る。
ピング層を作製するために適切なｐ型ドーパントを選択
することは問題となる。例えば、ＭＯＣＶＤでは亜鉛
（Ｚｎ）はｐ型ドーパントとして一般に用いられるが、
亜鉛は極めて高い拡散係数を有するので、ＤＢＲをドー
ピングするのに利用できない。別の一般に用いられるｐ
型ドーパント源として、炭素（Ｃ）用の四塩化炭素(car
bon tetrachloride)（ＣＣｌ4 ）があり、これはｐ型ド
ーパントである。残念ながら、四塩化炭素は、現在使用
が差し控えられいるオゾン破壊材料であるため、ＣＣｌ
4 は利用できない。こられ２つの一般に用いられるｐ型
ドーパントは利用できないので、ＤＢＲをｐ型ドーピン
グするための別の方法が必要とされることが明白であ
る。
【０００４】従来のｐ型ドーパント材料の使用は製造ま
たは環境を考慮した条件を満たさないことがわかる。従
って、性能レベルを改善または等しくし、環境問題に影
響せず、製造方法を簡単にする、ＤＢＲをｐ型ドーピン
グする別の方法が極めて望ましい。
たは環境を考慮した条件を満たさないことがわかる。従
って、性能レベルを改善または等しくし、環境問題に影
響せず、製造方法を簡単にする、ＤＢＲをｐ型ドーピン
グする別の方法が極めて望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】発光デバイス用の被着材
料において炭素ドーピング・レベルを制御する方法が提
供される。表面を有する基板が設けられる。第１ミラー
・スタックがこの基板の表面上に被着される。第１クラ
ッディング領域が第１ミラー・スタック上に被着され
る。活性層が第１クラッディング層上に被着される。第
２クラッディング層が活性層上に被着される。第２ミラ
ー・スタックが第２クラッディング層上に被着され、第
２ミラー・スタックの少なくとも第１層は、Ｖ族有機金
属ＴＢＡｓ(tertiarybutylarsine) とＩＩＩ族のガリウ
ムおよびアルミニウム含有有機金属との比率によって制
御される炭素ドーピング・レベルを有する。
料において炭素ドーピング・レベルを制御する方法が提
供される。表面を有する基板が設けられる。第１ミラー
・スタックがこの基板の表面上に被着される。第１クラ
ッディング領域が第１ミラー・スタック上に被着され
る。活性層が第１クラッディング層上に被着される。第
２クラッディング層が活性層上に被着される。第２ミラ
ー・スタックが第２クラッディング層上に被着され、第
２ミラー・スタックの少なくとも第１層は、Ｖ族有機金
属ＴＢＡｓ(tertiarybutylarsine) とＩＩＩ族のガリウ
ムおよびアルミニウム含有有機金属との比率によって制
御される炭素ドーピング・レベルを有する。
【０００６】
【実施例】図１において、ＶＣＳＥＬ１００の構造の簡
略拡大断面図の例を示す。一般に、ＶＣＳＥＬ１００構
造は、ＤＢＲ１０５，クラッディング領域１０６，活性
領域１０８，クラッディング領域１０９およびＤＢＲ１
１１など、いくつかの主要部分からなる。ＶＣＳＥＬ１
００構造は、平坦なＶＣＳＥＬデバイス，メサ・エッチ
型(mesa-etched) ＶＣＳＥＬデバイス，リッジ導波管(r
idge-waveguide) ＶＣＳＥＬデバイス，発光ダイオード
など、さまざまな構成に処理できることが理解される。
さらに、１つのＶＣＳＥＬ構造１００のみを基板１０２
の表面１０１上に示しているが、多数のＶＣＳＥＬデバ
イスまたは構造を基板１０２上に形成して、デバイスの
アレイを形成できることが理解される。
略拡大断面図の例を示す。一般に、ＶＣＳＥＬ１００構
造は、ＤＢＲ１０５，クラッディング領域１０６，活性
領域１０８，クラッディング領域１０９およびＤＢＲ１
１１など、いくつかの主要部分からなる。ＶＣＳＥＬ１
００構造は、平坦なＶＣＳＥＬデバイス，メサ・エッチ
型(mesa-etched) ＶＣＳＥＬデバイス，リッジ導波管(r
idge-waveguide) ＶＣＳＥＬデバイス，発光ダイオード
など、さまざまな構成に処理できることが理解される。
さらに、１つのＶＣＳＥＬ構造１００のみを基板１０２
の表面１０１上に示しているが、多数のＶＣＳＥＬデバ
イスまたは構造を基板１０２上に形成して、デバイスの
アレイを形成できることが理解される。
【０００７】一般に、基板１０２は、ｎ型ドーピング，
ｐ型ドーピングまたは半絶縁のガリウム砒素など、任意
の適切な半導体材料からなるが、この特定の例では、基
板１０２はガリウム砒素からなる。ガリウム砒素は、そ
れぞれ異なるアルミニウム濃度でアルミニウム・ガリウ
ム砒素の複数の層のエピタキシャル成長を促進するため
に基板１０２として用いられる。
ｐ型ドーピングまたは半絶縁のガリウム砒素など、任意
の適切な半導体材料からなるが、この特定の例では、基
板１０２はガリウム砒素からなる。ガリウム砒素は、そ
れぞれ異なるアルミニウム濃度でアルミニウム・ガリウ
ム砒素の複数の層のエピタキシャル成長を促進するため
に基板１０２として用いられる。
【０００８】Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓにおいて異なるアルミ
ニウム組成の交互の層１０３，１０４を有するＤＢＲ１
０５のエピタキシャル被着は、ＭＯＣＶＤ，ＭＢＥ，Ｃ
ＢＥなどの最新のエピタキシャル技術によって達成され
る。これらの技術により、ガリウム砒素，アルミニウム
・ガリウム砒素，アルミニウム砒素，インジウム・ガリ
ウム砒素などのさまざまな材料の半導体層のエピタキシ
ャル被着が可能となる。
ニウム組成の交互の層１０３，１０４を有するＤＢＲ１
０５のエピタキシャル被着は、ＭＯＣＶＤ，ＭＢＥ，Ｃ
ＢＥなどの最新のエピタキシャル技術によって達成され
る。これらの技術により、ガリウム砒素，アルミニウム
・ガリウム砒素，アルミニウム砒素，インジウム・ガリ
ウム砒素などのさまざまな材料の半導体層のエピタキシ
ャル被着が可能となる。
【０００９】一例として、シリコン（Ｓｉ），セレニウ
ム（Ｓｅ）など任意の適切なｎ型ドーパントでドーピン
グされたアルミニウム・ガリウム砒素の交互膜または層
１０３，１０４を有するＤＢＲ１０５のエピタキシャル
被着は、基板１０２の表面１０１上に被着される。交互
層１０３，１０４の被着は、ＶＣＳＥＬ１００構造の第
１セットのＤＢＲまたはミラー１０５を形成する。アル
ミニウム・ガリウム砒素の交互層１０３，１０４の厚さ
は、一般に、ＶＣＳＥＬ１００構造が動作するように設
計される波長の１／４に設定される。さらに、選択され
た数の層１０３，１０４はＶＣＳＥＬ１００について指
定された量の反射を行うことが理解される。
ム（Ｓｅ）など任意の適切なｎ型ドーパントでドーピン
グされたアルミニウム・ガリウム砒素の交互膜または層
１０３，１０４を有するＤＢＲ１０５のエピタキシャル
被着は、基板１０２の表面１０１上に被着される。交互
層１０３，１０４の被着は、ＶＣＳＥＬ１００構造の第
１セットのＤＢＲまたはミラー１０５を形成する。アル
ミニウム・ガリウム砒素の交互層１０３，１０４の厚さ
は、一般に、ＶＣＳＥＬ１００構造が動作するように設
計される波長の１／４に設定される。さらに、選択され
た数の層１０３，１０４はＶＣＳＥＬ１００について指
定された量の反射を行うことが理解される。
【００１０】クラッディング領域１０６は、交互層１０
３，１０４を有するＤＢＲ１０５上にエピタキシャル被
着される。クラッディング領域１０６は一般に２つの部
分を有するが、これらの部分は図１が煩雑になるのを防
ぐため図示されていない。まず第１に、６００オングス
トロームから１，０００オングストローム厚の範囲のｎ
型ドーピングされたアルミニウム・ガリウム砒素がＤＢ
Ｒ１０５の上に被着される。アルミニウム・ガリウム砒
素のドーピングは、一般に１Ｅ１８ｃｍ-3の範囲に維持
される。第２に、３００オングストロームから７００オ
ングストロームの範囲の厚さを有し、より低いアルミニ
ウム組成のドーピングされていないアルミニウム・ガリ
ウム砒素層が、ｎ型ドーピングされたアルミニウム・ガ
リウム砒素層上に被着される。
３，１０４を有するＤＢＲ１０５上にエピタキシャル被
着される。クラッディング領域１０６は一般に２つの部
分を有するが、これらの部分は図１が煩雑になるのを防
ぐため図示されていない。まず第１に、６００オングス
トロームから１，０００オングストローム厚の範囲のｎ
型ドーピングされたアルミニウム・ガリウム砒素がＤＢ
Ｒ１０５の上に被着される。アルミニウム・ガリウム砒
素のドーピングは、一般に１Ｅ１８ｃｍ-3の範囲に維持
される。第２に、３００オングストロームから７００オ
ングストロームの範囲の厚さを有し、より低いアルミニ
ウム組成のドーピングされていないアルミニウム・ガリ
ウム砒素層が、ｎ型ドーピングされたアルミニウム・ガ
リウム砒素層上に被着される。
【００１１】活性領域１０８は、クラッディング領域１
０６上にエピタキシャル被着される。活性領域１０８
は、一般に、ガリウム砒素またはインジウム・ガリウム
砒素の１つまたはそれ以上の層からなり、アルミニウム
・ガリウム砒素またはガリウム砒素障壁層によって分離
された量子ウェルを形成する。量子ウェルおよび障壁の
両方の公称厚さは、約１００オングストロームに維持さ
れる。
０６上にエピタキシャル被着される。活性領域１０８
は、一般に、ガリウム砒素またはインジウム・ガリウム
砒素の１つまたはそれ以上の層からなり、アルミニウム
・ガリウム砒素またはガリウム砒素障壁層によって分離
された量子ウェルを形成する。量子ウェルおよび障壁の
両方の公称厚さは、約１００オングストロームに維持さ
れる。
【００１２】クラッディング領域１０９は、活性領域１
０８上にエピタキシャル被着される。クラッディング領
域１０９は一般に２つの部分からなるが、これらの部分
は図１が煩雑になるのを防ぐために図示されていない。
まず第１に、ドーピングされていないアルミニウム・ガ
リウム砒素層が活性領域１０８上に被着される。このド
ーピングされていないアルミニウム・ガリウム砒素層の
厚さは、３００オングストロームから７００オングスト
ロームの範囲である。第２に、ｐ型ドーピングされたア
ルミニウム・ガリウム砒素層がドーピングされていない
アルミニウム・ガリウム砒素層上に被着される。このｐ
型ドーピングされたアルミニウム・ガリウム砒素のドー
ピングは、１Ｅ１８ｃｍ-3レベルに維持される。ｐ型ド
ーピングされたアルミニウム・ガリウム砒素の厚さは、
６００オングストロームから１，０００オングストロー
ムの範囲である。クラッディング層１０６，１０９およ
び活性領域１０８の厚さは、これらの領域の全光学的厚
さがＶＣＳＥＬデバイスの動作波長の１波長または倍数
波長に等しくなるように選択される。
０８上にエピタキシャル被着される。クラッディング領
域１０９は一般に２つの部分からなるが、これらの部分
は図１が煩雑になるのを防ぐために図示されていない。
まず第１に、ドーピングされていないアルミニウム・ガ
リウム砒素層が活性領域１０８上に被着される。このド
ーピングされていないアルミニウム・ガリウム砒素層の
厚さは、３００オングストロームから７００オングスト
ロームの範囲である。第２に、ｐ型ドーピングされたア
ルミニウム・ガリウム砒素層がドーピングされていない
アルミニウム・ガリウム砒素層上に被着される。このｐ
型ドーピングされたアルミニウム・ガリウム砒素のドー
ピングは、１Ｅ１８ｃｍ-3レベルに維持される。ｐ型ド
ーピングされたアルミニウム・ガリウム砒素の厚さは、
６００オングストロームから１，０００オングストロー
ムの範囲である。クラッディング層１０６，１０９およ
び活性領域１０８の厚さは、これらの領域の全光学的厚
さがＶＣＳＥＬデバイスの動作波長の１波長または倍数
波長に等しくなるように選択される。
【００１３】ＤＢＲまたはミラー１１１は、第２クラッ
ディング領域１０９上に被着される。ミラーまたはＤＢ
Ｒ１１１は、一般に、±５パーセントの公称範囲で、交
互アルミニウム濃度がそれぞれ１５パーセントおよび８
０パーセントの、ｐ型ドーピングされたアルミニウム・
ガリウム砒素の交互層１１４，１１６からなる。交互ア
ルミニウム濃度の対応するｐ型ドーピング濃度は、１Ｅ
１７ｃｍ-3から５Ｅ１８ｃｍ-3の範囲である。交互層１
１４，１１６の厚さは、ＶＣＳＥＬ１００が動作するよ
うに設計される１／４波長に設定される。さらに、ＤＢ
Ｒ１１１上のアルミニウム・ガリウム砒素の最後の層で
ある、１５パーセント・アルミニウム濃度を有するアル
ミニウム・ガリウム砒素層１１７の厚さは、他の交互層
１１４，１１６で用いられる１／４波長ではなく、３／
４波長または１／２波長の厚さに設定される。
ディング領域１０９上に被着される。ミラーまたはＤＢ
Ｒ１１１は、一般に、±５パーセントの公称範囲で、交
互アルミニウム濃度がそれぞれ１５パーセントおよび８
０パーセントの、ｐ型ドーピングされたアルミニウム・
ガリウム砒素の交互層１１４，１１６からなる。交互ア
ルミニウム濃度の対応するｐ型ドーピング濃度は、１Ｅ
１７ｃｍ-3から５Ｅ１８ｃｍ-3の範囲である。交互層１
１４，１１６の厚さは、ＶＣＳＥＬ１００が動作するよ
うに設計される１／４波長に設定される。さらに、ＤＢ
Ｒ１１１上のアルミニウム・ガリウム砒素の最後の層で
ある、１５パーセント・アルミニウム濃度を有するアル
ミニウム・ガリウム砒素層１１７の厚さは、他の交互層
１１４，１１６で用いられる１／４波長ではなく、３／
４波長または１／２波長の厚さに設定される。
【００１４】Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ／Ａｌy Ｇａ1-y Ａ
ｓ、例えば、０．８５ミクロンで動作するＶＣＳＥＬ１
００の場合ｘ＝０．１５，ｙ＝０．８０、からなるＤＢ
Ｒ１０５，１１１における反射は、屈折率の差があるた
めに生じる。この屈折率の差は、ＤＢＲ１０５，１１１
のそれぞれの交互層１０３，１０４および１１４，１１
６における異なるアルミニウム濃度に起因する。また、
Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ／Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓのバンドギャ
ップはアルミニウム濃度とともに変化し、ＤＢＲ１０
５，１１１内の隣接するＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ／Ａｌy Ｇ
ａ1-y Ａｓ層間にヘテロ障壁(heterobarrier) を形成す
る。このへテロ障壁は、ＤＢＲ１０５，１１１の直列抵
抗をさらに決定し、ヘテロ障壁高さが大きいほど、直列
抵抗は大きくなる。直列抵抗を最小限に抑えるため、ア
ルミニウム組成は交互層１０３，１０４および１１４，
１１６間の界面で勾配がつけられる。さらに、ヘテロ障
壁および直列抵抗の低下は、界面におけるドーピングの
局所的増加によって達成できる。
ｓ、例えば、０．８５ミクロンで動作するＶＣＳＥＬ１
００の場合ｘ＝０．１５，ｙ＝０．８０、からなるＤＢ
Ｒ１０５，１１１における反射は、屈折率の差があるた
めに生じる。この屈折率の差は、ＤＢＲ１０５，１１１
のそれぞれの交互層１０３，１０４および１１４，１１
６における異なるアルミニウム濃度に起因する。また、
Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ／Ａｌy Ｇａ1-y Ａｓのバンドギャ
ップはアルミニウム濃度とともに変化し、ＤＢＲ１０
５，１１１内の隣接するＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ／Ａｌy Ｇ
ａ1-y Ａｓ層間にヘテロ障壁(heterobarrier) を形成す
る。このへテロ障壁は、ＤＢＲ１０５，１１１の直列抵
抗をさらに決定し、ヘテロ障壁高さが大きいほど、直列
抵抗は大きくなる。直列抵抗を最小限に抑えるため、ア
ルミニウム組成は交互層１０３，１０４および１１４，
１１６間の界面で勾配がつけられる。さらに、ヘテロ障
壁および直列抵抗の低下は、界面におけるドーピングの
局所的増加によって達成できる。
【００１５】本発明では、ＤＢＲまたはミラー１１１の
ｐ型ドーピングは、真性炭素(intrinsic carbon)（Ｃ）
によって達成され、この真性炭素は、一般にトリメチル
アルミニウム(trimethylaluminium)（ＴＭＡｌ）および
トリメチルガリウム(trimethylgallium)（ＴＭＧａ）で
あるアルミニウムおよびガリウムの有機金属源の分解中
に解放される。アルミニウム・ガリウム砒素層１１４，
１１６におけるｐ型ドーピングの制御は、Ｖ族有機金
属、例えばＴＢＡｓ(tertiarybutylarsine) と、ＩＩＩ
族有機金属、例えばＴＭＡｌおよびＴＭＧａとの比率
（Ｖ／ＩＩＩ比）を変えることによって達成される。Ｔ
ＢＡｓの分解中に生じる水素原子は炭素導入を低減する
ので、ｐ型ドーピング・レベルはＶ／ＩＩＩ比を変える
ことによって選択できる。
ｐ型ドーピングは、真性炭素(intrinsic carbon)（Ｃ）
によって達成され、この真性炭素は、一般にトリメチル
アルミニウム(trimethylaluminium)（ＴＭＡｌ）および
トリメチルガリウム(trimethylgallium)（ＴＭＧａ）で
あるアルミニウムおよびガリウムの有機金属源の分解中
に解放される。アルミニウム・ガリウム砒素層１１４，
１１６におけるｐ型ドーピングの制御は、Ｖ族有機金
属、例えばＴＢＡｓ(tertiarybutylarsine) と、ＩＩＩ
族有機金属、例えばＴＭＡｌおよびＴＭＧａとの比率
（Ｖ／ＩＩＩ比）を変えることによって達成される。Ｔ
ＢＡｓの分解中に生じる水素原子は炭素導入を低減する
ので、ｐ型ドーピング・レベルはＶ／ＩＩＩ比を変える
ことによって選択できる。
【００１６】以下で説明するプロセスはAixtron MOCVD
エピタキシャル被着システムについてであるが、システ
ムのばらつきや特性差を考慮してプロセス・パラメータ
を適切に変更することにより、他のエピタキシー・シス
テムも利用できることが理解される。要するに、基板１
０２は、摂氏７００度〜９００度の範囲の温度および１
５〜２５ミリバールの圧力を有するＭＯＣＶＤシステム
の反応室に入れられる。ただし、本発明の好適な実施例
では、反応室の温度は約摂氏７２０度に設定され、圧力
は約２０ミリバールに設定される。水素ガスをキャリア
として用いて、反応物質のガスフローまたは蒸気は、１
０〜６０ｓｃｃｍの範囲のＴＭＡｌ，７〜３０ｓｃｃｍ
の範囲のＴＭＧａおよび７０〜１１０ｓｃｃｍの範囲の
ＴＢＡｓである。広い範囲の温度および圧力下で、同様
な結果がＭＯＣＶＤプロセスで得られることが理解され
る。よって、ここに示す例は、本発明をわかりやすく説
明するように説明のためのみのものである。
エピタキシャル被着システムについてであるが、システ
ムのばらつきや特性差を考慮してプロセス・パラメータ
を適切に変更することにより、他のエピタキシー・シス
テムも利用できることが理解される。要するに、基板１
０２は、摂氏７００度〜９００度の範囲の温度および１
５〜２５ミリバールの圧力を有するＭＯＣＶＤシステム
の反応室に入れられる。ただし、本発明の好適な実施例
では、反応室の温度は約摂氏７２０度に設定され、圧力
は約２０ミリバールに設定される。水素ガスをキャリア
として用いて、反応物質のガスフローまたは蒸気は、１
０〜６０ｓｃｃｍの範囲のＴＭＡｌ，７〜３０ｓｃｃｍ
の範囲のＴＭＧａおよび７０〜１１０ｓｃｃｍの範囲の
ＴＢＡｓである。広い範囲の温度および圧力下で、同様
な結果がＭＯＣＶＤプロセスで得られることが理解され
る。よって、ここに示す例は、本発明をわかりやすく説
明するように説明のためのみのものである。
【００１７】Ｖ族含有有機金属とＩＩＩ族有機金属との
適切な比率を与えることにより、１５％および８０％の
アルミニウム濃度で、ぞれぞれ１Ｅ１６ｃｍ-3〜１Ｅ１
７ｃｍ-3および３Ｅ１７ｃｍ-3〜３Ｅ１８ｃｍ-3の炭素
濃度を有するアルミニウム・ガリウム砒素の膜が得ら
れ、それによりＶＣＳＥＬデバイス構造１００のＤＢＲ
またはミラー１１１について適切なｐ型ドーピング・レ
ベルが得られる。さらに、本発明で具現されるＶ族およ
びＩＩＩ族の有機金属ガスまたは蒸気の適切な比率を利
用することにより、ＶＣＳＥＬ，発光ダイオードなどの
発光デバイスの層のｐ型ドーピングは、プロセスからＣ
Ｃｌ4 を排除することにより簡略化される。従って、Ｄ
ＢＲ１１１の交互のアルミニウム・ガリウム砒素層にお
ける適切なｐ型ドーパント濃度は、リフレクタ領域１１
１の直列抵抗をさらに低減し、ＤＢＲまたはミラー１１
１に流れる注入電流(injection current) を可能にす
る。
適切な比率を与えることにより、１５％および８０％の
アルミニウム濃度で、ぞれぞれ１Ｅ１６ｃｍ-3〜１Ｅ１
７ｃｍ-3および３Ｅ１７ｃｍ-3〜３Ｅ１８ｃｍ-3の炭素
濃度を有するアルミニウム・ガリウム砒素の膜が得ら
れ、それによりＶＣＳＥＬデバイス構造１００のＤＢＲ
またはミラー１１１について適切なｐ型ドーピング・レ
ベルが得られる。さらに、本発明で具現されるＶ族およ
びＩＩＩ族の有機金属ガスまたは蒸気の適切な比率を利
用することにより、ＶＣＳＥＬ，発光ダイオードなどの
発光デバイスの層のｐ型ドーピングは、プロセスからＣ
Ｃｌ4 を排除することにより簡略化される。従って、Ｄ
ＢＲ１１１の交互のアルミニウム・ガリウム砒素層にお
ける適切なｐ型ドーパント濃度は、リフレクタ領域１１
１の直列抵抗をさらに低減し、ＤＢＲまたはミラー１１
１に流れる注入電流(injection current) を可能にす
る。
【００１８】図２は、炭素濃度と、Ｖ族含有有機金属ガ
スまたは蒸気とＩＩＩ族有機金属ソース・ガスまたは蒸
気との比率との関係を示すグラフである。このグラフに
おいて、Ｖ族有機金属ソース・ガスはＴＢＡｓであり、
ＩＩＩ族有機金属ソース・ガスはトリメチルガリウムお
よびトリメチルアルミニウムである。曲線２０１は、ｐ
型ドーピング濃度、すなわち、本発明により被着された
１５パーセント・アルミニウム濃度を有するアルミニウ
ム・ガリウム砒素層における炭素、を示す。ｐ型ドーピ
ング・レベルの濃度（炭素濃度）は、１Ｅ１６ｃｍ-3か
ら１Ｅ１７ｃｍ-3の範囲であり、Ｖ／ＩＩＩ比の変化に
よるアルミニウム・ガリウム砒素における炭素ドーピン
グの可変濃度を示す。曲線２０２は、ｐ型ドーピング濃
度、すなわち、８０パーセント・アルミニウム濃度を有
するアルミニウム・ガリウム砒素における炭素、を表
す。ｐ型ドーピング・レベルの濃度（炭素濃度）は、３
Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3の範囲である。従っ
て、Ｖ族とＩＩＩ族有機金属ソース・ガスの適切な比率
を選択することにより、適切なドーピング・レベルを有
するアルミニウム・ガリウム砒素膜が得られる。さら
に、オゾンを破壊する四塩化炭素を必要・使用せずに、
ｐ型ドーピング・レベルが生成され、それによりＶＣＳ
ＥＬ，発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光デバイス用
のアルミニウム・ガリウム砒素膜を生成する安全かつ効
率的な方法が得られる。
スまたは蒸気とＩＩＩ族有機金属ソース・ガスまたは蒸
気との比率との関係を示すグラフである。このグラフに
おいて、Ｖ族有機金属ソース・ガスはＴＢＡｓであり、
ＩＩＩ族有機金属ソース・ガスはトリメチルガリウムお
よびトリメチルアルミニウムである。曲線２０１は、ｐ
型ドーピング濃度、すなわち、本発明により被着された
１５パーセント・アルミニウム濃度を有するアルミニウ
ム・ガリウム砒素層における炭素、を示す。ｐ型ドーピ
ング・レベルの濃度（炭素濃度）は、１Ｅ１６ｃｍ-3か
ら１Ｅ１７ｃｍ-3の範囲であり、Ｖ／ＩＩＩ比の変化に
よるアルミニウム・ガリウム砒素における炭素ドーピン
グの可変濃度を示す。曲線２０２は、ｐ型ドーピング濃
度、すなわち、８０パーセント・アルミニウム濃度を有
するアルミニウム・ガリウム砒素における炭素、を表
す。ｐ型ドーピング・レベルの濃度（炭素濃度）は、３
Ｅ１７ｃｍ-3から３Ｅ１８ｃｍ-3の範囲である。従っ
て、Ｖ族とＩＩＩ族有機金属ソース・ガスの適切な比率
を選択することにより、適切なドーピング・レベルを有
するアルミニウム・ガリウム砒素膜が得られる。さら
に、オゾンを破壊する四塩化炭素を必要・使用せずに、
ｐ型ドーピング・レベルが生成され、それによりＶＣＳ
ＥＬ，発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光デバイス用
のアルミニウム・ガリウム砒素膜を生成する安全かつ効
率的な方法が得られる。
【００１９】図３は、ＳＩＭＳ(Secondary Ion Mass Sp
ectrometry) 深度分布であり、８０パーセント・アルミ
ニウム濃度を有するアルミニウム・ガリウム砒素層上に
被着された１５パーセント・アルミニウム濃度を有する
アルミニウム・ガリウム砒素層におけるオングストロー
ム単位の深さの関数としての立方センチメートル単位の
炭素濃度原子を表す。
ectrometry) 深度分布であり、８０パーセント・アルミ
ニウム濃度を有するアルミニウム・ガリウム砒素層上に
被着された１５パーセント・アルミニウム濃度を有する
アルミニウム・ガリウム砒素層におけるオングストロー
ム単位の深さの関数としての立方センチメートル単位の
炭素濃度原子を表す。
【００２０】ライン４０１，４０２は、深度の関数とし
ての炭素濃度およびアルミニウム濃度をそれぞれ表す。
ライン４０１，４０２の部分４０３，４０４は、それぞ
れ１５パーセント・アルミニウム濃度および８０パーセ
ント・アルミニウム濃度を有するアルミニウム・ガリウ
ム砒素層の表面またはその付近の炭素およびアルミニウ
ムの濃度レベルを示す。部分４０６，４０７は、アルミ
ニウム・ガリウム砒素層のバルクまたは内部におけるそ
れぞれ炭素およびアルミニウムの濃度レベルを示す。図
３からわかるように、炭素およびアルミニウムのバルク
濃度は、均等かつ一貫している。しかし、１５パーセン
トおよび８０パーセント・アルミニウムを有するアルミ
ニウム・ガリウム砒素層間の界面部分４０８，４０９で
は、炭素濃度はＶ／ＩＩＩ比を低下することにより局所
的に増加され、アルミニウム濃度は所望のレベルに調整
される。炭素濃度が界面で尖頭増加されると、炭素濃
度、すなわち、ライン４０１の部分４１５は、所望のレ
ベルに調整され、よって２つのアルミニウム・ガリウム
砒素層の界面における炭素濃度の可変性が実証される。
さらに、ＤＢＲ１１１（図２に図示）の炭素濃度の調整
により、直列抵抗はさらに低減され、ＤＢＲ１１１の性
能を向上させる。この性能の向上は、アルミニウム・ガ
リウム砒素層の界面におけるＶ／ＩＩＩ比を調整して、
炭素濃度を尖頭増加することによって得られる。従っ
て、界面においてより高いｐ型ドーピング・レベルを施
すことは、異なるアルミニウム濃度の交互層間のバンド
ギャップ差によって生じるキャリアの障壁高さの低減に
寄与する。
ての炭素濃度およびアルミニウム濃度をそれぞれ表す。
ライン４０１，４０２の部分４０３，４０４は、それぞ
れ１５パーセント・アルミニウム濃度および８０パーセ
ント・アルミニウム濃度を有するアルミニウム・ガリウ
ム砒素層の表面またはその付近の炭素およびアルミニウ
ムの濃度レベルを示す。部分４０６，４０７は、アルミ
ニウム・ガリウム砒素層のバルクまたは内部におけるそ
れぞれ炭素およびアルミニウムの濃度レベルを示す。図
３からわかるように、炭素およびアルミニウムのバルク
濃度は、均等かつ一貫している。しかし、１５パーセン
トおよび８０パーセント・アルミニウムを有するアルミ
ニウム・ガリウム砒素層間の界面部分４０８，４０９で
は、炭素濃度はＶ／ＩＩＩ比を低下することにより局所
的に増加され、アルミニウム濃度は所望のレベルに調整
される。炭素濃度が界面で尖頭増加されると、炭素濃
度、すなわち、ライン４０１の部分４１５は、所望のレ
ベルに調整され、よって２つのアルミニウム・ガリウム
砒素層の界面における炭素濃度の可変性が実証される。
さらに、ＤＢＲ１１１（図２に図示）の炭素濃度の調整
により、直列抵抗はさらに低減され、ＤＢＲ１１１の性
能を向上させる。この性能の向上は、アルミニウム・ガ
リウム砒素層の界面におけるＶ／ＩＩＩ比を調整して、
炭素濃度を尖頭増加することによって得られる。従っ
て、界面においてより高いｐ型ドーピング・レベルを施
すことは、異なるアルミニウム濃度の交互層間のバンド
ギャップ差によって生じるキャリアの障壁高さの低減に
寄与する。
【００２１】以上、アルミニウム・ガリウム砒素膜の交
互層を含む、ＶＣＳＥＬ，ＬＥＤなどのｐ型ドーピング
層、例えば、ＤＢＲの成長およびドーピングの新規な方
法が提供されたことが理解される。この方法は、高度に
制御可能かつ予測可能に、これらのｐ型ドーピングされ
た層を作製する環境的に安全かつ効率的な方法を提供す
る。さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の有機金属ガス・ソースの
適切な比率を選択することにより、ＣＣｌ4 を用いずに
ｐ型ドーピングが達成され、ドーピング・プロセスを簡
略化する。
互層を含む、ＶＣＳＥＬ，ＬＥＤなどのｐ型ドーピング
層、例えば、ＤＢＲの成長およびドーピングの新規な方
法が提供されたことが理解される。この方法は、高度に
制御可能かつ予測可能に、これらのｐ型ドーピングされ
た層を作製する環境的に安全かつ効率的な方法を提供す
る。さらに、Ｖ族とＩＩＩ族の有機金属ガス・ソースの
適切な比率を選択することにより、ＣＣｌ4 を用いずに
ｐ型ドーピングが達成され、ドーピング・プロセスを簡
略化する。
【図１】半導体基板上に作製されたＶＣＳＥＬデバイス
の拡大簡略断面図の例である。
の拡大簡略断面図の例である。
【図２】Ａｌx Ｇａ1-x Ａｓ（それぞれｘ＝０．１５，
ｘ＝０．８０）における炭素濃度を反映する正孔濃度
と、ＴＢＡとトリメチルガリウムおよびトリメチルアル
ミニウムとの比率（Ｖ／ＩＩＩ比）との関係を示すグラ
フである。
ｘ＝０．８０）における炭素濃度を反映する正孔濃度
と、ＴＢＡとトリメチルガリウムおよびトリメチルアル
ミニウムとの比率（Ｖ／ＩＩＩ比）との関係を示すグラ
フである。
【図３】２つのアルミニウム・ガリウム砒素の層、すな
わち１５パーセント・アルミニウムの第１層と、Ｖ／Ｉ
ＩＩ比の選択のために界面で炭素濃度を局所的に高めた
８０パーセント・アルミニウムの第２層を介して、炭素
濃度の深度分布を示すＳＩＭＳ(Secondary Ion Mass Sp
ectrometry) のグラフである。
わち１５パーセント・アルミニウムの第１層と、Ｖ／Ｉ
ＩＩ比の選択のために界面で炭素濃度を局所的に高めた
８０パーセント・アルミニウムの第２層を介して、炭素
濃度の深度分布を示すＳＩＭＳ(Secondary Ion Mass Sp
ectrometry) のグラフである。
１００ ＶＣＳＥＬ １０１ 基板の表面 １０２ 基板 １０３，１０４ 交互層 １０５ ＤＢＲ １０６ クラッディング領域 １０８ 活性領域 １０９ クラッディング領域 １１１ ＤＢＲ １１４，１１６ 交互層 １１７ アルミニウム・ガリウム砒素層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チェン−ロン・シェー アメリカ合衆国アリゾナ州パラダイス・バ レー、イースト・バー・ゼット・レーン 6739
Claims (5)
- 【請求項１】 ＤＢＲリフレクタにおける被着層のｐ型
ドーピングについて選択された炭素レベルを制御する方
法であって：半導体基板（１０２）をエピタキシャル被
着システムの反応室に入れる段階；ある比率を有するＶ
族有機金属蒸気およびＩＩＩ族有機金属蒸気を前記エピ
タキシャル被着システムの前記反応室内に流入して、半
導体基板（１０２）上に被着されるアルミニウム・ガリ
ウム砒素の層において選択された炭素ドーピング濃度を
有する、アルミニウム・ガリウム砒素の層をエピタキシ
ャル被着する段階；および追加の層で前記ＤＢＲリフレ
クタを完成し、それにより前記ＤＢＲリフレクタの被着
層における炭素ｐ型ドーパント・レベルを制御する段
階；によって構成されることを特徴とする方法。 - 【請求項２】 半導体基板（１０２）をエピタキシャル
被着システムの反応室に入れる前記段階において、前記
半導体基板（１０２）はガリウム砒素基板であることを
特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 Ｖ族有機金属蒸気とＩＩＩ族有機金属蒸
気を流入する前記段階において、前記Ｖ族有機金属蒸気
はＴＢＡｓ(tertiarybutylarsene) 蒸気を含み、前記Ｉ
ＩＩ族有機金属蒸気はトリメチルアルミニウムおよびト
リメチルガリウム蒸気を含むことを特徴とする請求項１
記載の方法。 - 【請求項４】 発光デバイスにおいて被着材料の炭素ド
ーピング・レベルを制御する方法であって：表面（１０
１）を有する基板（１０２）を設ける段階；前記基板
（１０２）の前記表面（１０１）上に第１ミラー・スタ
ック（１０５）を被着する段階；前記第１ミラー・スタ
ック（１０５）上に第１クラッディング領域（１０６）
を被着する段階；前記第１クラッディング領域（１０
６）上に活性層（１０８）を被着する段階；前記活性層
（１０８）上に第２クラッディング層（１０９）を被着
する段階；およびＶ族含有有機金属蒸気とＩＩＩ族含有
有機金属蒸気との比率によって制御される炭素ドーピン
グ・レベルを有する層を具備する第２ミラー・スタック
（１１１）を被着する段階；によって構成されることを
特徴とする方法。 - 【請求項５】 ＤＢＲリフレクタにおいて被着層のｐ型
ドーピングについて選択された炭素レベルを制御する方
法であって：半導体基板（１０２）をエピタキシャル被
着システムの反応室に入れる段階；Ｖ族有機金属蒸気と
ＩＩＩ族有機金属蒸気との比率が５．０〜２３の範囲
で、Ｖ族有機金属蒸気およびＩＩＩ族有機金属蒸気を前
記エピタキシャル被着システムの前記反応室内に流入し
て、前記半導体基板（１０２）上に被着されるアルミニ
ウム・ガリウム砒素の層において選択された炭素ドーピ
ング濃度を有する、アルミニウム・ガリウム砒素の層を
エピタキシャル被着する段階；および追加の層で前記Ｄ
ＢＲリフレクタを完成し、それにより前記ＤＢＲリフレ
クタの被着膜における炭素ｐ型ドーパント・レベルを制
御する段階；によって構成されることを特徴とする方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US270719 | 1988-11-14 | ||
| US27071994A | 1994-07-05 | 1994-07-05 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005168644A Division JP2005294866A (ja) | 1994-07-05 | 2005-06-08 | 発光デバイスをｐ型ドーピングする方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0832181A true JPH0832181A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=23032509
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7189756A Pending JPH0832181A (ja) | 1994-07-05 | 1995-07-04 | 発光デバイスをｐ型ドーピングする方法 |
| JP2005168644A Pending JP2005294866A (ja) | 1994-07-05 | 2005-06-08 | 発光デバイスをｐ型ドーピングする方法 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005168644A Pending JP2005294866A (ja) | 1994-07-05 | 2005-06-08 | 発光デバイスをｐ型ドーピングする方法 |
Country Status (4)
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