專利名稱：激光二極管用外延晶片及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適用于AlGalnP系的紅色激光二極管的激光二極管用外延晶 片及其制造方法。
背景技術：
使用AlGalnP系的半導體的紅色激光二極管(LD)，作為DVD的讀/寫用 的光源被廣泛使用。
圖3表示以往的AlGalnP系的LD用外延晶片的概略的斷面結構。
如圖3所示，外延晶片是采用金屬有機物氣相外延法(MOVPE法)，在n 型GaAs襯底11上，依次層疊n型AlGalnP包覆層12、非摻雜活性層13、 p 型AlGalnP包覆層14、 p型蓋層15來形成的。
在生長上述p型AlGalnP包覆層14時，供給二乙基鋅(DEZ)、 二曱基鋅 (DMZ)等作為摻雜原料，使包覆層含有鋅(Zn) (二p型載流子)，從而形成 p型AlGalnP包覆層14 (例如，參見專利文獻1 )。
專利文獻l:特開2002-25920號公報

發(fā)明內容
如上所述，在以往的激光二極管用外延晶片中，使p型AlGalnP包覆層含 有作為p型載流子的鋅(Zn)，但由于Zn的擴散性高，會擴散至相鄰層。由 于Zn擴散，而產生如下問題(1 )p型包覆層的深度方向的載流子濃度(-Zn 濃度)不均勻；(2) Zn進入作為相鄰層的活性層中。如果將(1)、 (2)狀態(tài) 的外延晶片進行裝置加工，會使激光二極管的特性惡化，例如，作為重要的裝 置特性的工作電流值I。p升高。如果工作電流值I。p升高，會導致激光二極管的 可靠性降低，即，壽命降低這樣的大問題。
本發(fā)明為解決上述問題，提供一種激光二極管用外延晶片及其制造方法， 所述外延晶片的p型AlGalnP包覆層中的p型載流子濃度均勻，且p型雜質的 擴散少。為了解決上述課題，本發(fā)明按如下所述來構成。
本發(fā)明的第1方式是激光二極管用外延晶片，其為具有雙異質結構的外延
晶片，即在n型GaAs襯底上依次至少層疊n型包覆層、活性層以及p型包覆 層，并且所述n型包覆層、活性層以及p型包覆層均由AlGalnP系材料構成， 其特征在于，所述由AlGalnP系材料構成的p型包覆層中的p型雜質為碳，所 述p型包覆層中的載流子濃度在8.0xl0"cm-s以上、1.5xl0'8cm-3以下的范圍。
本發(fā)明的第2方式的特征為，在第1方式的激光二極管用外延晶片中，所 述由AlGalnP系材料構成的n型包覆層中的n型雜質為硅。
本發(fā)明的第3方式是激光二極管用外延晶片的制造方法，其為對被加熱的 n型GaAs襯底，供給必要的III族原料氣體、V族原料氣體、載流氣體以及摻 雜劑原料氣體，在所述n型GaAs襯底上，至少生長具有n型包覆層、活性層 以及p型包覆層的雙異質結構的外延層，并且所述n型包覆層、活性層以及p 型包覆層均由AlGalnP系材料構成，其特征在于，在生長所述由AlGalnP系材 料構成的p型包覆層時，作為所述摻雜劑原料氣體供給四溴化碳，使所述p 型包覆層中的載流子濃度在8.0x 1017cm'3以上、1.5x10'W3以下的范圍。
本發(fā)明的第4方式的特征為，在第3方式的激光二極管用外延晶片的制造 方法中，生長所述由AlGalnP系材料構成的n型包覆層時，作為所述摻雜劑原 料氣體，供給硅摻雜原料氣體，向所述n型包覆層中摻雜硅。
采用本發(fā)明，能夠得到p型AlGalnP包覆層中的p型載流子濃度均勻，且 p型雜質的擴散少的激光二極管用外延晶片。如果采用該激光二極管用外延晶 片，能夠制造工作電流值I。p低、可靠性高的激光二極管。


圖1是表示本發(fā)明中的AlGalnP系的激光二極管用外延晶片的實施方式以 及實施例的斷面圖。
圖2是表示實施例和比較例的激光二極管用外延晶片的p型包覆層的深度 方向的載流子濃度分布的圖。
圖3是表示以往的AlGalnP系的激光二極管用外延晶片的斷面圖。
符號說明
1 n型GaAs襯底2 n型AlGalnP包覆層
3 非摻雜AlGalnP活性層
4 p型AlGalnP包覆層
5 p型GaAs蓋層
具體實施例方式
以下，參照附圖，對本發(fā)明中的激光二極管(LD)用外延晶片及其制造 方法的實施方式進4于i兌明。
圖1表示本實施方式的AlGalnP系的紅色LD用外延晶片的概略的斷面結 構。該LD用外延晶片是在n型GaAs襯底1上，依次層疊n型AlGalnP包覆 層2、非摻雜AlGalnP活性層3、 p型AlGalnP包覆層4以及p型GaAs蓋層5 的外延層。
載流子濃度在8.0xl017cm-3以上、1.5xl0l8cm-3以下的范圍內，在p型 AlGalnP包覆層4中摻雜作為p型雜質的碳(C )。另外，在n型AlGalnP包覆 層2中，摻雜作為n型雜質的硅(Si)。另外，在p型GaAs蓋層5的p型雜 質中，優(yōu)選使用1.0xl0^mJ以上的高濃度的能摻雜的Zn (鋅)。
對于上述LD用外延晶片，通過蝕刻或蒸鍍等，例如，分別在p型蓋層5 上的一部分上形成p側電極，在n型GaAs襯底1的背面形成n側電極。
制造圖1的LD用外延晶片時，使用金屬有機物氣相外延法(MOVPE法)。 即，加熱設置于氣相生長裝置內的GaAs襯底1，對GaAs襯底1供給各外延 層所必要的III族原料氣體、V族原料氣體、載流氣體以及摻雜劑原料氣體，在 GaAs襯底1上依次生長III-V族化合物半導體的外延層來形成。
作為上述III族原料氣體，例如，可以使用Al ( CH3) 3 ( TMA:三曱基鋁)、 Al ( C2H5) 3、 Ga ( CH3) 3 ( TMG:三曱基鈣)、Ga ( C2H5) 3、 In ( CH3) 3 ( TMA: 三曱基銦)、In(C2H5)3，或者組合它們來使用。
另外，作為V族原料氣體，例如，可以使用PH3 (磷化氫)、TBP (叔丁 基膦)、AsH3 (氫化砷)、As (CH3) 3、 TBA (叔丁基砷)、NH3 (氨)，或者組 合它們來使用。
作為載流氣體，可以使用H2 (氫氣)、N2 (氮氣)或Ar (氬氣)，或者組 合它們來使用。作為p型摻雜劑原料氣體，例如，可以使用CBr4 (四溴化碳)、CCl3Br、 CC14、 Zn (C2H5) 2 (DEZ: 二乙基鋅)、Zn ( CH3) 2、 Cp2Mg,或者組合它們 來使用。其中，對于上述p型AlGalnP包覆層4,優(yōu)選將CBr4 (四溴化碳)用 作p型摻雜劑原料氣體。
作為n型摻雜劑原料氣體，例如，可以使用Si2H6(乙硅烷)、SiH4(硅烷)、 H2Se、 Te(C2H5)2，或者組合它們來使用。其中，對于上述n型AlGalnP包 覆層2,優(yōu)選使用Si2H6或SiH4作為n型摻雜劑原料氣體，來摻雜硅(Si)。
在本實施方式中，在生長p型AlGalnP包覆層4時，將四溴化碳(CBr4) 作為摻雜劑原料來供給，使p型AlGalnP包覆層4含有作為p型載流子的碳 (C),載流子濃度在8.0xl0口cm-3以上、1.5xlO"cm-3以下的范圍。碳(C)比 鋅(Zn )擴散少，可以使p型AlGalnP包覆層4的載流子濃度(=C )在深度 方向上均勻，同時，能夠減少對相鄰層的非摻雜AlGalnP活性層3的擴散。因 此，通過使用本實施方式的LD用外延晶片，能得到工作電流值1。p低、可靠 性高的長壽命LD。
另夕卜，如以往一樣，將Zn用作p型AlGalnP包覆層的p型雜質的情況中， 由于Zn向活性層擴散而使結晶性惡化，其結果為，進行光激發(fā)螢光(PL)測 定來評價時，伴隨著Zn載流子濃度的增加，發(fā)光光譜的半值寬度急劇增大。 特別是，當Zn載流子濃度為6.0xl0"cm-s以上時，該傾向變得顯著，因此， 在以往，抑制Zn載流子濃度，使其低至4.0x 1017cm-3左右。
可是，在本實施方式中，為了降低工作電流值I。p,而摻雜擴散少的碳(C), 因此，即使p型AlGalnP包覆層4高濃度地含有碳(C),使載流子濃度在 8.0xlO"cm^以上、1.5xlO"cm-s以下的范圍,由于其對非摻雜AlGalnP活性層 3的擴散也少，從而能夠抑制擴散引起的結晶性的惡化，可維持較低PL發(fā)光 半值寬度。
另外，作為碳(C)的摻雜劑原料的四溴化碳(CBr4)最具實際效果，可 靠性高，另外，摻雜效率也良好。此外，摻雜于n型AlGalnP包覆層2的作為 n型雜質的硅(Si),與p型雜質的相互擴散少而優(yōu)選。
在上述實施方式中，可以進行各種可能的變更，例如，在n型GaAs襯底 1與n型AlGalnP包覆層2之間設置緩沖層，或者，在n型AlGalnP包覆層2與非摻雜AlGalnP活性層3之間，以及非摻雜AlGalnP活性層3與p型AlGalnP 包覆層4之間，設置非摻雜AlGalnP導流層，或者將非摻雜AlGalnP活性層3 變更為多量子阱結構，或者將p型GaAs蓋層5變更為AlGaAs、 GaP等其他 的p型半導體等。 實施例
下面，說明本發(fā)明的實施例。
本實施例的LD用外延晶片與圖1所示的上述實施方式為相同結構。由本 實施例的LD用外延晶片制造的紅色激光二極管，例如，可以用作DVD的讀/ 寫用的光源。
本實施例的LD用外延晶片是在n型GaAs襯底(厚度500jim,目標載流 子濃度為8.0xlO'W3) 1上，依次層疊Si摻雜的n型(Al0.4Ga0.6) 0.5In0.5P包 覆層(厚度2.5(im,目標載流子濃度為8.0xl017cm-3) 2、非摻雜AlGalnP活性 層3、 C (碳)摻雜的p型(Al0.4Ga0.6) 0.5In0.5P包覆層(厚度2.0fim，目標載 流子濃度為1.0xl018cm-3) 4、以及Zn摻雜的p型GaAs蓋層(厚度1.5|im, 目標載流子濃度為3.0xl019cm'3) 5的外延層。
本實施例的LD用外延晶片，是將n型GaAs襯底1設置在氣相生長裝置 的反應爐內，采用MOVPE法來制造的。生長溫度(用設置于與襯底1相對的 面的放射溫度計測定的襯底1的表面溫度)為800°C，生長壓力(反應爐內的 壓力)大約是10666Pa (80Torr)、載流氣體是氫氣。
生長各外延層時，供給的原料流量如下。
n型(Al0.4Ga0.6) 0.5In0.5P包覆層2中，TMG (三曱基鎵)12 (cc/分)、 TMA (三曱基鋁):4 ( cc/分)、TMI (三曱基銦):20 ( cc/分)、Si2H6 (乙硅烷): 510 (cc/分)、PH3 (磷化氫):1800 ( cc/分)。
在非摻雜AlGalnP活性層3中，TMG (三甲基鎵)16 ( cc/分)、TMA (三 曱基鋁)2(cc/分)、TMI(三甲基銦):24 ( cc/分)、PH3(磷化氫)1800 (cc/ 分)。
p型(Al0.4Ga0.6) 0.5In0.5P包覆層4中，TMG (三甲基鎵):12 ( cc/分)、 TMA (三曱基鋁)4 (cc/分)、TMI (三曱基銦)20 ( cc/分)、CBr4 (四溴化 碳)40 (cc/分)、PH3 (磷化氫):蘭(cc/分)。在p型GaAs蓋層5中，TMG(三曱基鎵)12(cc/分)、DEZ(二乙基鋅) 300 ( cc/分)、AsH3 (氫化砷):2000 ( cc/分)。
另外，制造比較例的外延晶片，該比較例為將實施例的C (碳)摻雜的p 型(Al0.4Ga0.6 )0.5In0.5P包覆層4，變更為Zn(鋅)摻雜的p型(Al0.4Ga0.6 )0.5In0.5P 包覆層。與實施例的不同點為，在生長p型(Alo.4Gaa6) G.5In。.5P包覆層時，供 給的p型摻雜劑原料不是CBr4，而是DEZ (原料流量90 ( cc/分))，其他的生 長條件完全相同。
對于實施例與比較例的外延晶片，測定p型(Al。.4GaQ.6) Q.5In。.5P包覆層的 深度方向的載流子濃度分布和非摻雜AlGalnP活性層的載流子的濃度。
圖2表示實施例(C摻雜)以及比較例(Zn摻雜)的p型(Al0.4Ga0.6 )0.5In0.5P 包覆層(厚度2pm)中的深度方向的載流子濃度分布。如圖所示，實施例與比 較例相比，p型(Ala4GaQ.6) a5In。.5P包覆層中的深度方向的載流子濃度分布大 幅減小，該載流子濃度分布在實施例中為士3 (%),在比較例中為士25 (%)。
另外，非摻雜AlGalnP活性層的載流子濃度在實施例中為2.0xl016cm-3、 在比較例中為1.2xl017cm-3，實施例與比較例相比，非摻雜AlGalnP活性層的 載流子濃度低。
C摻雜的實施例的情況中,Zn摻雜的比較例的情況中，p型(Al0.4Ga0.6) a5InQ.5P包覆層的目標載流子濃度為1.0xl018cm-3。但是，如圖2所示，在比較 例中，非摻雜AlGalnP活性層側的p型(Al0.4Ga0.6) 0.5In0.5P包覆層中的載流子 濃度大幅降低。這可以說p型(Alo.4Gao.6)。,5lno.5P包覆層中的載流子濃度(=Zn 濃度)降低的部分擴散至非摻雜AlGalnP活性層中，增高了非摻雜AlGalnP 活性層的載流子濃度(p型載流子濃度)。與此相對，在實施例中，能夠抑制 來自p型(Al。.4Gao.6 ) 0.5In0.5P包覆層的p型載流子的擴散，使p型(Al。.4Ga0.6 ) a5Ina5P包覆層的p型載流子濃度均勻化。
其結果為，由實施例與比較例的LD用外延晶片制造LD,測定工作電流 值I。p，由實施例的外延晶片制造的LD的工作電流值I。p為67 (mA)，由比較 例的外延晶片制造的LD的工作電流值1。p為80 (mA)，在實施例中，能夠抑 制LD的工作電流值I。p為較低水平，可以確認能實現(xiàn)LD的可靠性和長壽命化。
權利要求
1. 激光二極管用外延晶片，其為具有雙異質結構的外延晶片，即在n型GaAs襯底上依次至少層疊n型包覆層、活性層以及p型包覆層，并且所述n型包覆層、活性層以及p型包覆層均由AlGaInP系材料構成，其特征在于，所述由AlGaInP系材料構成的p型包覆層中的p型雜質為碳，所述p型包覆層中的載流子濃度在8.0×1017cm-3以上、1.5×1018cm-3以下的范圍。
2. 根據(jù)權利要求1所述的激光二極管用外延晶片，其特征在于，所述由 AlGalnP系材料構成的n型包覆層中的n型雜質為硅。
3. 激光二^l管用外延晶片的制造方法，對被加熱的n型GaAs襯底，供給 必要的III族原料氣體、V族原料氣體、載流氣體以及摻雜劑原料氣體，在所述 n型GaAs襯底上，至少生長具有n型包覆層、活性層以及p型包覆層的雙異 質結構的外延層，并且所述n型包覆層、活性層以及p型包覆層均由AlGalnP 系材料構成，其特征在于，在生長所述由AlGalnP系材料構成的p型包覆層時， 作為所述摻雜劑原料氣體供給四溴化碳，使所述p型包覆層中的載流子濃度在 8.0x 101 W3以上、1.5x 101 W3以下的范圍。
4. 根據(jù)權利要求3所述的激光二極管用外延晶片的制造方法，其特征在 于，生長所述由AlGalnP系材料構成的n型包覆層時，作為所述摻雜劑原料氣 體，供給硅摻雜原料氣體，向所述n型包覆層中摻雜硅。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光二極管用外延晶片，其中的p型AlGaInP包覆層中的p型載流子濃度均勻、且p型雜質的擴散少。本發(fā)明提供的激光二極管用外延晶片具有雙異質結構，在n型GaAs襯底(1)上，依次至少層疊由AlGaInP系材料構成的n型包覆層(2)、活性層(3)以及p型包覆層(4)，該激光二極管用外延晶片中，所述由AlGaInP系材料構成的p型包覆層(4)中的p型雜質是碳，所述p型包覆層(4)中的載流子濃度在8.0×10¹⁷cm^-3以上、1.5×10¹⁸cm^-3以下的范圍。
文檔編號H01L21/205GK101425658SQ20081021243
公開日2009年5月6日 申請日期2008年8月26日 優(yōu)先權日2007年10月30日
發(fā)明者黑須健 申請人:日立電線株式會社