專(zhuān)利名稱(chēng)：半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片、其制造方法及半導(dǎo)體發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片及其制造方法和半導(dǎo)體發(fā)光元件，特別是涉及包含采用鋅(Zn)或者鎂(Mg)作為p型摻雜劑的鋁鎵銦磷(AlGaInP)系材料的半導(dǎo)體發(fā)光元件(發(fā)光二極管、半導(dǎo)體激光器)用外延晶片及其制造方法，以及使用該外延晶片制作的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，對(duì)于采用半導(dǎo)體激光器中的AlGaInP系可見(jiàn)光半導(dǎo)體激光器作為光源的高密度光盤(pán)裝置的開(kāi)發(fā)十分活躍。被用于該光源的法布里-珀羅型激光二極管(LD)具有如下所述的層狀結(jié)構(gòu)，即，在n型GaAs襯底上，至少依次層疊如下所述的各層n型AlGaInP包覆層，根據(jù)需要，在二者之間可以有n型GaAs緩沖層，必要時(shí)還可以有n型GaInP緩沖層；活性層；p型AlGaInP包覆層；p型GaAs覆蓋(キヤツプ)層，根據(jù)需要可以有p型GaInP中間層介于之間。另外，根據(jù)需要，在工藝中為了蝕刻控制和折射率設(shè)計(jì)，大多使用在p型AlGaInP包覆層的一部分插入GaInP層的結(jié)構(gòu)的外延晶片，采用有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法(MOVPE法)來(lái)制作。
作為高密度光盤(pán)裝置中的讀取·寫(xiě)入用光源，要求穩(wěn)定的大功率輸出和高溫工作性能，因此需要使p型包覆層的載流子濃度高濃度化。作為滿足該要求的p型摻雜劑考慮了Zn或者M(jìn)g。在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載了將Zn用于p型包覆層的p型摻雜劑的例子。
但是，其存在的問(wèn)題是，摻雜劑會(huì)從p型包覆層向活性層擴(kuò)散，其量較多時(shí)，會(huì)造成對(duì)于半導(dǎo)體激光元件的功能來(lái)說(shuō)致命的缺陷。Zn比較容易擴(kuò)散，Mg不容易擴(kuò)散。因此，最近傾向于使用擴(kuò)散常數(shù)比Zn小的Mg來(lái)形成p型包覆層。這是因?yàn)镸g比Zn更難擴(kuò)散，因此可以高濃度地添加p型包覆層的載流子濃度。
另一方面，從盡可能降低電極的接觸電阻的必要性考慮，p型覆蓋層(觸點(diǎn)層)的載流子濃度也需要形成相當(dāng)高的載流子濃度。該p型覆蓋層通常由砷化鎵(GaAs)形成，另外，從需要比包覆層高一位數(shù)或以上的載流子濃度考慮，采用可以高濃度添加的Zn作為摻雜劑(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
另外，還有人提出了一種方案，即，使p型包覆層和活性層之間存在以GaAs系化合物半導(dǎo)體為主成分并含有濃度為5×1018/cm3～1×1020/cm3的碳(C)的擴(kuò)散抑制層(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。擴(kuò)散抑制層中的C成為阻擋層，有效地抑制被摻雜在p型包覆層和活性層中的Zn、Mg等的擴(kuò)散。
特開(kāi)平11-186665號(hào)公報(bào)[專(zhuān)利文獻(xiàn)2]特開(kāi)2002-261321號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容如同專(zhuān)利文獻(xiàn)1和2中所記載，以往，需要注意防止p型包覆層中的Zn進(jìn)入活性層中的不良情況。例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載了，在p型包覆層和活性層之間夾有含碳(C)的擴(kuò)散抑制層，該擴(kuò)散抑制層是用于吸收從p型包覆層擴(kuò)散的Zn，減少擴(kuò)散到活性層中的Zn量的層。
但是，如下面所述，還應(yīng)當(dāng)防止p型覆蓋層中的Zn進(jìn)入p型包覆層和活性層中。
具體來(lái)說(shuō)，如果在p型覆蓋層中添加高濃度的Zn，在其外延生長(zhǎng)中Zn會(huì)不斷地向下面的層擴(kuò)散。下面的p型包覆層為摻雜Zn的場(chǎng)合，會(huì)擠出p型包覆層的Zn而向活性層擴(kuò)散(擠出擴(kuò)散)。另一方面，p型包覆層為摻雜Mg的場(chǎng)合，由于相互擴(kuò)散，p型覆蓋層的Zn一直擴(kuò)散至活性層中。無(wú)論哪一種情況，都會(huì)存在活性層的光致發(fā)光光譜的半幅值(以下稱(chēng)為PL半幅值)增大或者發(fā)光強(qiáng)度降低等不良情況。即，由于Zn的擴(kuò)散損害活性層的結(jié)晶品質(zhì)成為導(dǎo)致閾值電流或工作電流增大以及可靠性降低的原因。
從而，本發(fā)明的目的是，解決上述課題，提供抑制p型摻雜劑向p型包覆層和活性層擴(kuò)散的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片及其制造方法，以及使用該外延晶片、可以進(jìn)行穩(wěn)定的大功率輸出運(yùn)作和高溫運(yùn)作并且具有高可靠性的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的構(gòu)成如下面所述。
即，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，其特征在于，在n型襯底上，至少依次層疊n型包覆層、活性層、p型包覆層及p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑為Zn，在所述的p型包覆層和p型覆蓋層之間插入摻雜了碳的p型AlGaAs層。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，其特征在于，在由GaAs構(gòu)成的n型襯底上，依次疊層至少一層由AlGaInP構(gòu)成的n型包覆層、活性層、至少一層由AlGaInP構(gòu)成的p型包覆層以及由GaAs構(gòu)成的p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑為Zn，在所述p型包覆層和p型覆蓋層之間插入摻雜了碳的p型AlGaAs層，并且，該p型AlGaAs層的帶隙波長(zhǎng)比p型包覆層的帶隙波長(zhǎng)要長(zhǎng)。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，其特征在于，在n型襯底上，至少依次層疊n型包覆層、活性層、p型包覆層、p型中間層及p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑為Zn，在所述p型包覆層和p型中間層之間插入摻雜了碳的p型AlGaAs層。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，其特征在于，在由GaAs構(gòu)成的n型襯底上，依次層疊至少一層由AlGaInP構(gòu)成的n型包覆層、活性層、至少一層由AlGaInP構(gòu)成的p型包覆層、至少一層由GaInP或AlGaInP構(gòu)成的p型中間層以及由GaAs構(gòu)成的p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑為Zn，在所述p型包覆層和p型中間層之間插入摻雜了碳的p型AlGaAs層，并且，該p型AlGaAs層的帶隙波長(zhǎng)比p型包覆層的帶隙波長(zhǎng)要長(zhǎng)，比p型中間層的要短。
上述p型包覆層的p型摻雜劑可以是Zn或Mg。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，其特征在于，在n型襯底上，至少依次層疊n型包覆層、活性層、p型第1包覆層、p型蝕刻停止層、p型第2包覆層、p型中間層以及p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑為Zn，在所述p型第2包覆層和p型中間層之間插入摻雜了碳的p型AlGaAs層。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，其特征在于，在由GaAs構(gòu)成的n型襯底上，至少依次層疊由AlGaInP構(gòu)成的n型包覆層、活性層、由AlGaInP構(gòu)成的p型第1包覆層、p型蝕刻停止層、由AlGaInP構(gòu)成的p型第2包覆層、由GaInP構(gòu)成的p型中間層以及由GaAs構(gòu)成的p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑為Zn，在所述p型第2包覆層和p型中間層之間插入摻雜了碳的p型AlGaAs層。
上述p型蝕刻停止層可以是至少一層由GaInP或AlGaInP構(gòu)成的層。
上述p型第2包覆層的p型摻雜劑可以是Zn或Mg。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的制造方法，其特征在于，所述摻雜了碳的p型AlGaAs層的碳摻雜，是通過(guò)調(diào)整III族原料與V族原料的V/III之比由有機(jī)金屬原料的自摻雜來(lái)進(jìn)行。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的制造方法，其特征在于，所述摻雜了碳的p型AlGaAs層的碳摻雜，是通過(guò)調(diào)整生長(zhǎng)溫度由有機(jī)金屬原料的自摻雜來(lái)進(jìn)行。
進(jìn)而，也可以使用上述半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片來(lái)制作半導(dǎo)體發(fā)光元件。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)(1)在p型覆蓋層和p型包覆層之間插入了AlGaAs層時(shí)，p型覆蓋層中的Zn完全沒(méi)有擴(kuò)散到p型包覆層中；(2)p型包覆層的p型摻雜劑無(wú)論是Zn還是Mg，該AlGaAs層的防止Zn擴(kuò)散的作用都可以有效地發(fā)揮。
本發(fā)明是基于本發(fā)明人的上述認(rèn)識(shí)而完成的，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的結(jié)構(gòu)是，在n型襯底上，至少依次層疊n型包覆層、活性層、p型包覆層、p型覆蓋層(接觸層)，最上層的p型覆蓋層的p型摻雜劑是Zn，并且，在p型包覆層和p型覆蓋層之間插入了AlGaAs層。
另外，本發(fā)明的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的結(jié)構(gòu)是，在n型襯底上，至少依次層疊n型包覆層、活性層、p型包覆層、p型中間層以及p型覆蓋層(接觸層)，最上層的p型覆蓋層的p型摻雜劑是Zn，并且，在p型包覆層和p型中間層之間插入了AlGaAs層。
當(dāng)形成這樣的結(jié)構(gòu)時(shí)，由于該AlGaAs層抑制了摻雜在p型覆蓋層中的Zn擴(kuò)散，起到的鋅擴(kuò)散抑制層的作用，因此，Zn基本上不會(huì)從該AlGaAs層向p型包覆層一側(cè)及活性層一側(cè)擴(kuò)散。結(jié)果，可以解決活性層的發(fā)光特性和元件壽命劣化等以往存在的問(wèn)題。
上述防止擴(kuò)散的作用是由于插入的層是AlGaAs層而產(chǎn)生的，如果僅僅是為了產(chǎn)生了這一作用，沒(méi)有必要一定是碳摻雜的p型。但是，實(shí)際上在制作發(fā)光元件用外延晶片時(shí)，為了使該AlGaAs層不成為元件的電阻成分，需要充分地形成低阻抗層。為此，在本發(fā)明中要求是摻雜了擴(kuò)散系數(shù)小的碳的p型AlGaAs層。
另外，由于通過(guò)該結(jié)構(gòu)可以防止在p型覆蓋層中摻雜的Zn擴(kuò)散，因此可以高濃度地維持p型覆蓋層中的Zn，實(shí)現(xiàn)覆蓋層與電極的接觸電阻的低電阻化，結(jié)果，可以降低元件的正向工作電壓。
這樣，為了防止在覆蓋層中摻雜的Zn擴(kuò)散，在p型包覆層和p型中間層之間(或界面)，或者在p型包覆層和p型覆蓋層之間(或界面)插入AlGaAs層，并且，為了該AlGaAs層不起電阻層的作用，形成摻雜了碳的p型層來(lái)消除半導(dǎo)體發(fā)光元件的正向工作電壓的增加，這樣的想法是以往所沒(méi)有的。
無(wú)論p型包覆層的p型摻雜劑是Zn和Mg中的哪一個(gè)，上述的AlGaAs層的防止Zn擴(kuò)散作用都可以有效發(fā)揮。因而，本發(fā)明的適用范圍很廣，即使在由GaAs構(gòu)成的襯底上通過(guò)外延生長(zhǎng)AlGaInP系材料的化合物半導(dǎo)體來(lái)制作并且主要使用Zn或Mg作為p型摻雜劑的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片中，只要采用在該p型包覆層和p型中間層之間(或界面)插入了碳摻雜的p型AlGaAs層的形式，就可以得到本發(fā)明期望的抑制Zn擴(kuò)散的效果。
根據(jù)本發(fā)明，形成了在p型包覆層和p型覆蓋層或p型中間層之間(或界面)插入摻雜了碳的p型AlGaAs層的結(jié)構(gòu)，該AlGaAs層發(fā)揮抑制覆蓋層中的Zn擴(kuò)散的鋅擴(kuò)散抑制層的作用，因此，作為p型覆蓋層的p型摻雜劑的Zn基本上不會(huì)從該AlGaAs層向p型包覆層一側(cè)或活性層一側(cè)擴(kuò)散。也就是說(shuō)，可以極其有效地抑制高濃度摻雜的p型覆蓋層的Zn向p型包覆層、特別是活性層中擴(kuò)散，因此活性層的發(fā)光特性和元件壽命不會(huì)劣化。結(jié)果，可以提供在覆蓋層中能夠摻雜至接觸電阻足夠低的載流子濃度、適于制作大功率輸出和高溫特性優(yōu)異且可靠性高的紅色半導(dǎo)體激光器等發(fā)光元件的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片。
順便說(shuō)一下，將摻雜劑從p型包覆層向活性層中的擴(kuò)散與Zn從p型覆蓋層向活性層中的擴(kuò)散進(jìn)行比較時(shí)，由于p型覆蓋層的Zn濃度高，實(shí)際上對(duì)元件特性產(chǎn)生的影響大的是來(lái)自p型覆蓋層的Zn擴(kuò)散。因此，本發(fā)明除了可以抑制摻雜劑從p型包覆層向活性層中擴(kuò)散外，還可以有效地制作大功率輸出和高溫特性優(yōu)異且可靠性高的紅色半導(dǎo)體激光器等發(fā)光元件。


圖1是表示第1實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的截面示意圖。
圖2是表示第2實(shí)施方式涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的截面示意圖。
圖3是將具有鋅擴(kuò)散防止層的實(shí)施例1涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片與以往的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的SIMS分析結(jié)果進(jìn)行比較而表示的圖。
圖4是表示具有鋅擴(kuò)散防止層的實(shí)施例2涉及的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的SIMS分析結(jié)果的圖。
符號(hào)說(shuō)明1n型襯底2n型緩沖層(Si摻雜)3n型緩沖層(Si摻雜)4n型包覆層(Si摻雜)5非摻雜導(dǎo)向?qū)?活性層7p型第1包覆層(Zn摻雜)8p型蝕刻停止層(Zn摻雜)9p型第2包覆層(Zn摻雜)10 碳摻雜AlGaAs層(鋅擴(kuò)散抑制層)11 p型中間層(Zn摻雜)12 p型覆蓋層(Zn摻雜)13 n型襯底14 n型緩沖層(Si摻雜)15 n型緩沖層(Si摻雜)
16 n型包覆層(Si摻雜)17 非摻雜導(dǎo)向?qū)?8 活性層19 p型第1包覆層(Mg摻雜)20 p型蝕刻停止層(Mg摻雜)21 p型第2包覆層(Mg摻雜)22 碳摻雜AlGaAs層(鋅擴(kuò)散抑制層)23 p型中間層(Mg摻雜)24 p型覆蓋層(Zn摻雜)具體實(shí)施方式
以下基于圖示的實(shí)施方式說(shuō)明本發(fā)明。
第1實(shí)施方式圖1中所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件(LD)用外延晶片，形成了在由GaAs構(gòu)成的n型襯底1上依次層疊下述各層的結(jié)構(gòu)由GaAs構(gòu)成的n型緩沖層2、由GaInP構(gòu)成的n型緩沖層3、由AlGaInP構(gòu)成的n型包覆層4、由AlGaAs構(gòu)成的非摻雜導(dǎo)向?qū)?、由AlGaAs/GaAs的多重量子井(MQW)構(gòu)成的活性層6、由AlGaInP構(gòu)成的p型第1包覆層7、由GaInP構(gòu)成的p型蝕刻停止層8、由AlGaInP構(gòu)成的p型第2包覆層9、成為本發(fā)明特征部分的摻雜了碳的碳摻雜AlGaAs層10(鋅擴(kuò)散抑制層)、由GaInP構(gòu)成的p型中間層11以及由GaAs構(gòu)成的p型覆蓋層12。在p型第1包覆層7、p型第2包覆層9、p型蝕刻停止層8和p型中間層11中摻雜的p型摻雜劑是Zn。
如上所述，設(shè)置Zn摻雜p型中間層11是用于減少在Zn摻雜p型第2包覆層9和Zn摻雜p型GaAs覆蓋層12之間由于帶隙不連續(xù)而產(chǎn)生的界面的電阻成分。
摻雜了碳的p型的碳摻雜AlGaAs層10(鋅擴(kuò)散防止層)的鋁組成，其帶隙波長(zhǎng)比p型第2包覆層9的帶隙波長(zhǎng)要長(zhǎng)，比p型中間層11的帶隙波長(zhǎng)要短。這也是為了減少在p型第2包覆層9、碳摻雜AlGaAs層10、p型中間層11之間由于帶隙不連續(xù)而產(chǎn)生的界面的電阻成分。
形成如上述圖1所示的結(jié)構(gòu)時(shí)，碳摻雜AlGaAs層10起到抑制摻雜在p型覆蓋層12中的Zn擴(kuò)散的鋅擴(kuò)散抑制層的作用，因此，Zn基本上不會(huì)從該AlGaAs層向活性層一側(cè)擴(kuò)散。無(wú)論p型包覆層的p型摻雜劑是Zn和Mg中的哪一個(gè)，該碳摻雜AlGaAs層都可以有效地發(fā)揮Zn擴(kuò)散抑制作用。另外，由于摻雜了碳，不會(huì)產(chǎn)生使半導(dǎo)體發(fā)光元件的正向工作電壓增加的電阻。
向上述插入到p型包覆層和p型之間層之間的AlGaAs層中摻雜碳，并不是采用故意添加雜質(zhì)的方法，而是采用通過(guò)調(diào)節(jié)III族原料與V族原料的V/III之比進(jìn)行自摻雜。即，相對(duì)于碳摻雜AlGaAs層10的碳摻雜量，可以通過(guò)調(diào)節(jié)III族原料與V族原料的V/III之比來(lái)控制設(shè)定。
第2實(shí)施方式另一方面，圖2中所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件(LD)用外延晶片，形成了在由GaAs構(gòu)成的n型襯底13上依次層疊下述各層的結(jié)構(gòu)由GaAs構(gòu)成的n型緩沖層14、由GaInP構(gòu)成的n型緩沖層15、由AlGaInP構(gòu)成的n型包覆層16、由AlGaInP構(gòu)成的非摻雜導(dǎo)向?qū)?7、由多重量子井(MQW)構(gòu)成的活性層18、由AlGaInP構(gòu)成的p型第1包覆層19、由GaInP構(gòu)成的p型蝕刻停止層20、由AlGaInP構(gòu)成的p型第2包覆層21、成為本發(fā)明特征部分的碳摻雜AlGaAs層22、層疊了鋁組成不同的多個(gè)p型AlGaInP薄膜和p型GaInP薄膜的結(jié)構(gòu)的p型中間層23以及由GaAs構(gòu)成的p型覆蓋層24。在p型第1包覆層19、p型第2包覆層21、p型蝕刻停止層20和p型中間層23中摻雜的p型摻雜劑是Mg。
如上所述，設(shè)置Mg摻雜p型中間層23是用于減少在Mg摻雜p型第2包覆層21和Zn摻雜p型GaAs覆蓋層24之間由于帶隙不連續(xù)而產(chǎn)生的界面的電阻成分。
摻雜了碳的p型碳摻雜AlGaAs層22(鋅擴(kuò)散防止層)的鋁組成，其帶隙波長(zhǎng)比p型第2包覆層21的帶隙波長(zhǎng)要長(zhǎng)，比p型中間層23中帶隙波長(zhǎng)最短的層的帶隙波長(zhǎng)要短。這也是為了減少在p型第2包覆層21、碳摻雜AlGaAs層22、p型中間層23之間由于帶隙不連續(xù)而產(chǎn)生的界面的電阻成分。
形成如上述圖2所示的結(jié)構(gòu)時(shí)，碳摻雜AlGaAs層22起到防止摻雜到p型覆蓋層24中的Zn擴(kuò)散的鋅擴(kuò)散防止層的作用，因此，Zn基本上不會(huì)從該AlGaAs層向p型包覆層一側(cè)擴(kuò)散。無(wú)論p型包覆層的p型摻雜劑是Zn和Mg中的哪一個(gè)，該碳摻雜AlGaAs層的防止Zn擴(kuò)散作用都可以有效地發(fā)揮。另外，由于摻雜了碳，也不會(huì)產(chǎn)生使半導(dǎo)體發(fā)光元件的正向工作電壓增加的電阻。
向上述插入p型包覆層和p型中間層之間的AlGaAs層中摻雜碳，并不是采用有意地添加雜質(zhì)的方法，而是通過(guò)調(diào)節(jié)III族原料與V族原料的V/III之比而進(jìn)行自摻雜。也就是說(shuō)，相對(duì)于碳摻雜AlGaAs層22的碳摻雜量，可以通過(guò)調(diào)節(jié)III族原料與V族原料的V/III之比來(lái)控制設(shè)定。
實(shí)施例1作為實(shí)施例1，制備圖1所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片。
如圖1所示，在n型GaAs襯底1上，依次外延生長(zhǎng)由GaAs構(gòu)成的Si摻雜n型緩沖層2、與其晶格匹配的由Ga0.5In0.5P構(gòu)成的Si摻雜n型緩沖層3、由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P構(gòu)成的Si摻雜n型包覆層4，在其上面依次生長(zhǎng)由Al0.34Ga0.66As構(gòu)成的非摻雜導(dǎo)向?qū)?、包括由Al0.34Ga0.66As構(gòu)成的非摻雜阻擋層和由Al0.11Ga0.89As構(gòu)成的非摻雜井層的多重量子井(MQW)活性層6、還有由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P構(gòu)成的Zn摻雜p型第1包覆層7、由Ga0.5In0.5P構(gòu)成的Zn摻雜p型蝕刻停止層8、由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P構(gòu)成的Zn摻雜p型第2包覆層9。
隨后，在其上面依次生長(zhǎng)成為本發(fā)明特征部分的作為鋅擴(kuò)散抑制層的碳摻雜Al0.85Ga0.15As層10、由Ga0.5In0.5P構(gòu)成的Zn摻雜p型中間層11以及由GaAs構(gòu)成的Zn摻雜p型覆蓋層12。其中，碳摻雜Al0.85Ga0.15As層10的鋁組成是0.85，厚度是40nm，通過(guò)調(diào)節(jié)V/III之比所形成的碳(C)的自摻雜的載流子濃度為8×1017/cm3。另外，由Ga0.5In0.5P構(gòu)成的Zn摻雜p型中間層11的厚度是50nm，載流子濃度為2×1018/cm3；Zn摻雜p型覆蓋層12的厚度是450nm，載流子濃度為1×1019/cm3。
對(duì)于具有本實(shí)施例(本發(fā)明)的層狀結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，通過(guò)SIMS分析調(diào)查其Zn的分布情況，結(jié)果示于圖3中。圖中，曲線25是圖1所示結(jié)構(gòu)(實(shí)施例1)的Zn的分布曲線，曲線26是為了進(jìn)行比較而制作的、除了沒(méi)有插入成為鋅擴(kuò)散抑制層的碳摻雜Al0.85Ga0.15As層10外完全相同的結(jié)構(gòu)的情況的Zn的分布曲線。另外，在圖3中，為了顯著地表示實(shí)施例1與比較例的差異，從蝕刻停止層開(kāi)始對(duì)活性層一側(cè)放大表示。
在比較例(曲線26)的場(chǎng)合，包覆層中的Zn的水平上升，除此以外還可以明顯地看出，Zn進(jìn)入到活性層中。另一方面，在實(shí)施例1(曲線25)的場(chǎng)合，判明Zn向活性層的擴(kuò)散只有不產(chǎn)生任何問(wèn)題的水平。
另外，使用本實(shí)施例1的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片制作的紅外大功率輸出半導(dǎo)體激光器(單片式雙波長(zhǎng)激光器的紅外側(cè))的元件特性也非常良好。
實(shí)施例2作為實(shí)施例2，制備圖2所示的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片。
如圖2所示，在由GaAs構(gòu)成的n型襯底13上，依次外延生長(zhǎng)由GaAs構(gòu)成的Si摻雜n型緩沖層14、與其晶格匹配的由GaInP構(gòu)成的Si摻雜n型緩沖層15、由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P構(gòu)成的Si摻雜n型包覆層16，在其上面依次生長(zhǎng)由(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P構(gòu)成的非摻雜導(dǎo)向?qū)?7、包括非摻雜(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P阻擋層和應(yīng)變GaInP井層的多重量子井(MQW)活性層18、還有由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P構(gòu)成的Mg摻雜p型第1包覆層19、由Ga0.5In0.5P構(gòu)成的Mg摻雜p型蝕刻停止層20、由(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P構(gòu)成的Mg摻雜p型第2包覆層21。
隨后，在其上面依次生長(zhǎng)成為本發(fā)明特征部分的作為鋅擴(kuò)散防止層的碳摻雜Al0.85Ga0.15As層22、Mg摻雜Ga0.5In0.5P中間層23以及由GaAs構(gòu)成的Zn摻雜p型覆蓋層24。其中，碳摻雜Al0.85Ga0.15As層22的鋁組成是0.85，厚度為35nm，通過(guò)調(diào)節(jié)V/III之比所形成的碳的自摻雜的載流子濃度為1.1×1018/cm3；Mg摻雜Ga0.5In0.5P中間層23的厚度為35nm，載流子濃度為2.5×1018/cm3；由GaAs構(gòu)成的Zn摻雜p型覆蓋層24的厚度為200nm，載流子濃度為2.5×1019/cm3。
對(duì)于具有本實(shí)施例(本發(fā)明)的層狀結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，通過(guò)SIMS分析調(diào)查其Zn和Mg的分布情況，結(jié)果示于圖4中。
由該結(jié)果可知，Zn基本上沒(méi)有從Mg摻雜p型第2包覆層21擴(kuò)散到活性層一側(cè)。
另外，使用本實(shí)施例2的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片制作的紅外大功率輸出半導(dǎo)體激光器的元件特性也非常良好。
權(quán)利要求
1.半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，在n型襯底上至少依次層疊n型包覆層、活性層、p型包覆層及p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑是Zn，其特征在于，在所述p型包覆層和p型覆蓋層之間插入了摻雜碳的p型AlGaAs層。
2.半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，在由GaAs構(gòu)成的n型襯底上，依次層疊至少一層由AlGaInP構(gòu)成的n型包覆層、活性層、至少一層由AlGaInP構(gòu)成的p型包覆層以及由GaAs構(gòu)成的p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑是Zn，其特征在于，在所述p型包覆層和p型覆蓋層之間插入了摻雜碳的p型AlGaAs層，并且，該p型AlGaAs層的帶隙波長(zhǎng)比p型包覆層的帶隙波長(zhǎng)要長(zhǎng)。
3.半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，在n型襯底上至少依次層疊n型包覆層、活性層、p型包覆層、p型中間層及p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑是Zn，其特征在于，在所述p型包覆層和p型中間層之間插入了摻雜碳的p型AlGaAs層。
4.半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，在由GaAs構(gòu)成的n型襯底上，依次層疊至少一層由AlGaInP構(gòu)成的n型包覆層、活性層、至少一層由AlGaInP構(gòu)成的p型包覆層、至少一層由GaInP或AlGaInP構(gòu)成的p型中間層以及由GaAs構(gòu)成的p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑是Zn，其特征在于，在所述p型包覆層和p型中間層之間插入了摻雜碳的p型AlGaAs層，并且，該p型AlGaAs層的帶隙波長(zhǎng)比p型包覆層的帶隙波長(zhǎng)要長(zhǎng)，比p型中間層的帶隙波長(zhǎng)要短。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，其特征在于，所述p型包覆層的p型摻雜劑是Zn或Mg。
6.半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，在n型襯底上，至少依次層疊n型包覆層、活性層、p型第1包覆層、p型蝕刻停止層、p型第2包覆層、p型中間層及p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑是Zn，其特征在于，在所述p型第2包覆層和p型中間層之間插入了摻雜碳的p型AlGaAs層。
7.半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，在由GaAs構(gòu)成的n型襯底上，至少依次層疊由AlGaInP構(gòu)成的n型包覆層、活性層、由AlGaInP構(gòu)成的p型第1包覆層、p型蝕刻停止層、由AlGaInP構(gòu)成的p型第2包覆層、由GaInP構(gòu)成的p型中間層以及由GaAs構(gòu)成的p型覆蓋層，p型覆蓋層的p型摻雜劑是Zn，其特征在于，在所述p型第2包覆層和p型中間層之間插入了摻雜碳的p型AlGaAs層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，其特征在于，所述p型蝕刻停止層由至少一層GaInP或AlGaInP構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片，其特征在于，所述p型第2包覆層的p型摻雜劑是Zn或Mg。
10.權(quán)利要求1～4、6、7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的制造方法，其特征在于，所述摻雜了碳的p型AlGaAs層的碳摻雜，是通過(guò)調(diào)節(jié)III族原料與V族原料的V/III之比由有機(jī)金屬原料自摻雜來(lái)進(jìn)行。
11.權(quán)利要求1～4、6、7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的制造方法，其特征在于，所述摻雜了碳的p型AlGaAs層的碳摻雜，是通過(guò)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)溫度由有機(jī)金屬原料自摻雜來(lái)進(jìn)行。
12.半導(dǎo)體發(fā)光元件，其特征在于，使用權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了抑制p型摻雜劑向p型包覆層和活性層擴(kuò)散的半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片及其制造方法，以及使用該外延晶片、可以進(jìn)行穩(wěn)定的大功率輸出運(yùn)作和高溫運(yùn)作并且具有高可靠性的半導(dǎo)體發(fā)光元件。該半導(dǎo)體發(fā)光元件用外延晶片的結(jié)構(gòu)是，在由GaAs構(gòu)成的n型襯底1上依次層疊下述各層由GaAs構(gòu)成的n型緩沖層2、由GaInP構(gòu)成的n型緩沖層3、由AlGaInP構(gòu)成的n型包覆層4、由AlGaAs構(gòu)成的非摻雜導(dǎo)向?qū)?、由AlGaAs/GaAs的多重量子井(MQW)構(gòu)成的活性層6、由AlGaInP構(gòu)成的p型第1包覆層7、由GaInP構(gòu)成的p型蝕刻停止層8、由AlGaInP構(gòu)成的p型第2包覆層9、成為本發(fā)明特征部分的摻雜了碳的碳摻雜AlGaAs層10(鋅擴(kuò)散抑制層)、由GaInP構(gòu)成的p型中間層11以及由GaAs構(gòu)成的p型覆蓋層12。
文檔編號(hào)H01S5/00GK1925180SQ200610115969
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月30日
發(fā)明者鈴木良治 申請(qǐng)人:日立電線株式會(huì)社