JPH08228049A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
半導体レーザ及びその製造方法Info
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- JPH08228049A JPH08228049A JP7330425A JP33042595A JPH08228049A JP H08228049 A JPH08228049 A JP H08228049A JP 7330425 A JP7330425 A JP 7330425A JP 33042595 A JP33042595 A JP 33042595A JP H08228049 A JPH08228049 A JP H08228049A
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
- H10D62/85—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
- H10D64/62—Electrodes ohmically coupled to a semiconductor
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｐ型ドープ層が所望の抵抗値を有するととも
に、優れた性能を有するIII-V族化合物半導体を主成分
とする半導体レーザーを提供する。 【解決手段】 基板、前記基板上に形成され、 III-V族
化合物半導体を主成分とする下部クラッド層、下部クラ
ッド層の直上に形成され、 III-V族化合物半導体を主成
分とする活性層、及び活性層の直上に形成され、 III-V
族化合物半導体を主成分とする上部ｐ型クラッド層を有
する発振波長４５０ｎｍ以下の半導体レーザーである。
前記上部ｐ型クラッド層中に、ＭｇとＳｉとが含有され
ていることを特徴とする。前記 III-V族化合物半導体と
しては、ＧａＮ系化合物半導体が好ましく、上部クラッ
ド層中のＳｉの含有量は、好ましくは５×１０18／ｃｍ
3 以上である。
に、優れた性能を有するIII-V族化合物半導体を主成分
とする半導体レーザーを提供する。 【解決手段】 基板、前記基板上に形成され、 III-V族
化合物半導体を主成分とする下部クラッド層、下部クラ
ッド層の直上に形成され、 III-V族化合物半導体を主成
分とする活性層、及び活性層の直上に形成され、 III-V
族化合物半導体を主成分とする上部ｐ型クラッド層を有
する発振波長４５０ｎｍ以下の半導体レーザーである。
前記上部ｐ型クラッド層中に、ＭｇとＳｉとが含有され
ていることを特徴とする。前記 III-V族化合物半導体と
しては、ＧａＮ系化合物半導体が好ましく、上部クラッ
ド層中のＳｉの含有量は、好ましくは５×１０18／ｃｍ
3 以上である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザーお
よびその製造方法に係り、特に、マグネシウム（Ｍｇ）
をドーピング材料または構成材料として用いた化合物半
導体層を有する半導体レーザーに関する。
よびその製造方法に係り、特に、マグネシウム（Ｍｇ）
をドーピング材料または構成材料として用いた化合物半
導体層を有する半導体レーザーに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＧａＩｎＡｌ
Ｐ等のIII-Ｖ族化合物半導体は、有機金属気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）法により制御性よく成長することが可能とな
っており、半導体レーザーや発光ダイオードの構成材料
として広く利用されている。
Ｐ等のIII-Ｖ族化合物半導体は、有機金属気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）法により制御性よく成長することが可能とな
っており、半導体レーザーや発光ダイオードの構成材料
として広く利用されている。
【０００３】III-Ｖ族化合物半導体のｐ型ドーパントと
して、ＭＯＣＶＤ法においては一般にＺｎが用いられて
いる。Ｚｎは、ＧａＡｓのｐ型ドーパントとして用いた
場合には、ほぼ良好なドーピング特性を示す。しかしな
がら、ＩｎＰ，ＧａＩｎＡｌＰなどのＰを含むIII-Ｖ族
化合物半導体のドーパントとしてＺｎを用いた場合に
は、この化合物半導体中へのＺｎの取り込まれ率が低い
ので所望の量をドープすることが困難である。しかも、
Ｚｎは活性化率が低く、層内での拡散が速いために制御
性にも劣る。
して、ＭＯＣＶＤ法においては一般にＺｎが用いられて
いる。Ｚｎは、ＧａＡｓのｐ型ドーパントとして用いた
場合には、ほぼ良好なドーピング特性を示す。しかしな
がら、ＩｎＰ，ＧａＩｎＡｌＰなどのＰを含むIII-Ｖ族
化合物半導体のドーパントとしてＺｎを用いた場合に
は、この化合物半導体中へのＺｎの取り込まれ率が低い
ので所望の量をドープすることが困難である。しかも、
Ｚｎは活性化率が低く、層内での拡散が速いために制御
性にも劣る。
【０００４】Ｚｎに代わるｐ型ドーパントとしては、Ｂ
ｅ，Ｍｇなどが考えられる。Ｂｅは、分子線エピタキシ
ャル（ＭＢＥ）法においてはｐ型ドーパントとして良好
な特性を示している。しかしながら、有機Ｂｅ化合物は
強い毒性を有しているので、ＭＯＣＶＤ法においてドー
パントとして使用することは極めて困難である。一方、
Ｍｇの直鎖型有機金属化合物であるジメチルマグネシウ
ムおよびジエチルマグネシウム等は、毒性を有していな
いが、自己会合性が非常に強いので単体で存在しない。
このため、このようなＭｇの直鎖型有機金属化合物は、
ドーピング用原料として適していない。
ｅ，Ｍｇなどが考えられる。Ｂｅは、分子線エピタキシ
ャル（ＭＢＥ）法においてはｐ型ドーパントとして良好
な特性を示している。しかしながら、有機Ｂｅ化合物は
強い毒性を有しているので、ＭＯＣＶＤ法においてドー
パントとして使用することは極めて困難である。一方、
Ｍｇの直鎖型有機金属化合物であるジメチルマグネシウ
ムおよびジエチルマグネシウム等は、毒性を有していな
いが、自己会合性が非常に強いので単体で存在しない。
このため、このようなＭｇの直鎖型有機金属化合物は、
ドーピング用原料として適していない。
【０００５】そこで最近、蒸気圧の比較的高いビスシク
ロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）が、Ｍｇ
ドーピング用原料として用いられつつある。しかしなが
ら、このＣｐ2 Ｍｇは、結晶成長装置内に残留するとい
うメモリー効果を有しているので、ドーピング制御が非
常に困難である。ＤＨ（ダブルヘテロ）レーザ素子にお
いては、０．１μｍの膜厚中で３桁以上の濃度変化が要
求されるにもかかわらず、現在のところ、このように急
峻な濃度変化は確保できていない。また、蒸気圧を高め
るために、シクロペンタ環にメチル基を付与したビスメ
チルシクロペンタジエニルマグネシウム［（ＣＨ3 ）Ｃ
ｐ2 Ｍｇ］をドーパントとして用いた例もあるが、この
場合にも、ドープ層とアンドープ層との界面において、
Ｍｇの急峻な濃度変化は得られていない。
ロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）が、Ｍｇ
ドーピング用原料として用いられつつある。しかしなが
ら、このＣｐ2 Ｍｇは、結晶成長装置内に残留するとい
うメモリー効果を有しているので、ドーピング制御が非
常に困難である。ＤＨ（ダブルヘテロ）レーザ素子にお
いては、０．１μｍの膜厚中で３桁以上の濃度変化が要
求されるにもかかわらず、現在のところ、このように急
峻な濃度変化は確保できていない。また、蒸気圧を高め
るために、シクロペンタ環にメチル基を付与したビスメ
チルシクロペンタジエニルマグネシウム［（ＣＨ3 ）Ｃ
ｐ2 Ｍｇ］をドーパントとして用いた例もあるが、この
場合にも、ドープ層とアンドープ層との界面において、
Ｍｇの急峻な濃度変化は得られていない。
【０００６】しかも、所定の半導体層の抵抗値を小さく
するために、ｐ型ドーパントとしてのＭｇは多量にドー
プしなければならない。例えば、０．５Ω・ｃｍ〜１０
Ω・ｃｍ程度の抵抗値を得るためには、５×１０18／ｃ
ｍ3 〜５×１０19／ｃｍ3 程度の濃度でＭｇをドープす
る必要がある。このように多量にＭｇをドープした場合
には、レーザーの性能が低下し、特に活性層の厚さが５
ｎｍ以下と小さい半導体レーザーの場合に、動作電流等
に大きな影響が及ぼされる。
するために、ｐ型ドーパントとしてのＭｇは多量にドー
プしなければならない。例えば、０．５Ω・ｃｍ〜１０
Ω・ｃｍ程度の抵抗値を得るためには、５×１０18／ｃ
ｍ3 〜５×１０19／ｃｍ3 程度の濃度でＭｇをドープす
る必要がある。このように多量にＭｇをドープした場合
には、レーザーの性能が低下し、特に活性層の厚さが５
ｎｍ以下と小さい半導体レーザーの場合に、動作電流等
に大きな影響が及ぼされる。
【０００７】なお、Ｍｇは III-V族化合物半導体のｐ型
ドーパントとしてのみならず、II−VI族化合物半導体な
どの化合物半導体層の構成材料の１つとして用いられる
こともある。この場合においても、前述と同様の理由で
Ｍｇ組成を高精度に制御することは困難であった。
ドーパントとしてのみならず、II−VI族化合物半導体な
どの化合物半導体層の構成材料の１つとして用いられる
こともある。この場合においても、前述と同様の理由で
Ｍｇ組成を高精度に制御することは困難であった。
【０００８】ＭｇをII−VI族化合物半導体中に含有させ
る場合には、Ｍｇの量は１０％以上であることが、動作
電流低減、短波長化の点で好ましい。しかしながら、こ
のような量でＭｇを含有させたII−VI族化合物半導体を
主成分とする半導体レーザーは、十分な信頼性を得るこ
とが困難である。特に、活性層の厚さが５ｎｍ未満と薄
い半導体レーザーの場合には、動作電流増大等の性能の
低下は著しい。
る場合には、Ｍｇの量は１０％以上であることが、動作
電流低減、短波長化の点で好ましい。しかしながら、こ
のような量でＭｇを含有させたII−VI族化合物半導体を
主成分とする半導体レーザーは、十分な信頼性を得るこ
とが困難である。特に、活性層の厚さが５ｎｍ未満と薄
い半導体レーザーの場合には、動作電流増大等の性能の
低下は著しい。
【０００９】このように、Ｍｇの単純なアルキル化合物
であるジメチルマグネシウム、ジエチルマグネシウムは
蒸気圧が低いので、これらの化合物は、ＭＯＣＶＤ法に
よって化合物半導体層を成長する際のＭｇ原料として適
していない。一方、シクロペンタ環を有するＭｇ化合物
は、メモリー効果が高いため、化合物半導体層中のＭｇ
組成またはＭｇドーピング量を高精度に制御することは
困難であった。
であるジメチルマグネシウム、ジエチルマグネシウムは
蒸気圧が低いので、これらの化合物は、ＭＯＣＶＤ法に
よって化合物半導体層を成長する際のＭｇ原料として適
していない。一方、シクロペンタ環を有するＭｇ化合物
は、メモリー効果が高いため、化合物半導体層中のＭｇ
組成またはＭｇドーピング量を高精度に制御することは
困難であった。
【００１０】すなわち、Ｍｇドープされた III-V族化合
物半導体を主成分とする半導体レーザーは、ｐ型クラッ
ドの抵抗値を低下させるためにＭｇ量を増加させた場合
には、発光層の効率等の特性が低下して、最悪の場合に
は動作が不可能となってしまう。また、Ｍｇを構成材料
の一部として含有するII−VI族化合物半導体を主成分と
する半導体レーザーにおいても、クラッド層へ導入する
Ｍｇ量を増加させると、同様の問題が生じていた。いず
れの場合も、半導体層におけるＭｇ量を増加させると、
半導体レーザーの特性が低下し、十分な信頼性が得られ
ないという問題を有していた。
物半導体を主成分とする半導体レーザーは、ｐ型クラッ
ドの抵抗値を低下させるためにＭｇ量を増加させた場合
には、発光層の効率等の特性が低下して、最悪の場合に
は動作が不可能となってしまう。また、Ｍｇを構成材料
の一部として含有するII−VI族化合物半導体を主成分と
する半導体レーザーにおいても、クラッド層へ導入する
Ｍｇ量を増加させると、同様の問題が生じていた。いず
れの場合も、半導体層におけるＭｇ量を増加させると、
半導体レーザーの特性が低下し、十分な信頼性が得られ
ないという問題を有していた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ｐ型
ドープ層が所望の抵抗値を有するとともに、優れた性能
を有する III-V族化合物半導体を主成分とする半導体レ
ーザーを提供することにある。
ドープ層が所望の抵抗値を有するとともに、優れた性能
を有する III-V族化合物半導体を主成分とする半導体レ
ーザーを提供することにある。
【００１２】また、本発明の他の目的は、上下のクラッ
ド層中に十分な量のＭｇを含有し、かつ、高められた信
頼性を有するII−VI族化合物半導体を主成分とする半導
体レーザーを提供することにある。
ド層中に十分な量のＭｇを含有し、かつ、高められた信
頼性を有するII−VI族化合物半導体を主成分とする半導
体レーザーを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によると、基板、
前記基板上に形成され、 III-V族化合物半導体を主成分
とする下部クラッド層、下部クラッド層の直上に形成さ
れ、 III-V族化合物半導体を主成分とする活性層、およ
び、活性層上に形成され、 III-V族化合物半導体を主成
分とする上部ｐ型クラッド層を有する発振波長４５０ｎ
ｍ以下の半導体レーザーにおいて、前記上部ｐ型クラッ
ド層中に、ＭｇとＳｉとが含有されていることを特徴と
する半導体レーザが提供される。
前記基板上に形成され、 III-V族化合物半導体を主成分
とする下部クラッド層、下部クラッド層の直上に形成さ
れ、 III-V族化合物半導体を主成分とする活性層、およ
び、活性層上に形成され、 III-V族化合物半導体を主成
分とする上部ｐ型クラッド層を有する発振波長４５０ｎ
ｍ以下の半導体レーザーにおいて、前記上部ｐ型クラッ
ド層中に、ＭｇとＳｉとが含有されていることを特徴と
する半導体レーザが提供される。
【００１４】かかる半導体レーザーは、基板上に、 III
-V族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層を形成
する工程、前記下部クラッド層の直上に、 III-V族化合
物半導体を主成分とする活性層を形成する工程、およ
び、前記活性層の直上に、 III-V族化合物半導体を主成
分とする上部ｐ型クラッド層を形成する工程を具備し、
前記上部クラッド層を形成する際のｐ型ドーパントガス
として、Ｓｉ原子にメチル基Ｍｅが３個結合した（Ｍｅ
3 Ｓｉ−）を有する有機Ｍｇ化合物を用いることを特徴
とする方法によって製造することができる。
-V族化合物半導体を主成分とする下部クラッド層を形成
する工程、前記下部クラッド層の直上に、 III-V族化合
物半導体を主成分とする活性層を形成する工程、およ
び、前記活性層の直上に、 III-V族化合物半導体を主成
分とする上部ｐ型クラッド層を形成する工程を具備し、
前記上部クラッド層を形成する際のｐ型ドーパントガス
として、Ｓｉ原子にメチル基Ｍｅが３個結合した（Ｍｅ
3 Ｓｉ−）を有する有機Ｍｇ化合物を用いることを特徴
とする方法によって製造することができる。
【００１５】また、本発明によると、基板、前記基板上
に形成され、Ｍｇを含有するII−VI族化合物半導体を主
成分とする下部クラッド層、前記下部クラッド層の直上
に形成され、II−VI族化合物半導体を主成分とする活性
層、および、前記活性層の直上に形成され、Ｍｇを含有
するII−VI族化合物半導体を主成分とする上部ｐ型クラ
ッド層を有し、前記下部クラッド層の活性層に接する
側、および上部ｐ型クラッド層の活性層に接する側の少
なくとも一方にＳｉが含有されていることを特徴とする
半導体レーザーが提供される。
に形成され、Ｍｇを含有するII−VI族化合物半導体を主
成分とする下部クラッド層、前記下部クラッド層の直上
に形成され、II−VI族化合物半導体を主成分とする活性
層、および、前記活性層の直上に形成され、Ｍｇを含有
するII−VI族化合物半導体を主成分とする上部ｐ型クラ
ッド層を有し、前記下部クラッド層の活性層に接する
側、および上部ｐ型クラッド層の活性層に接する側の少
なくとも一方にＳｉが含有されていることを特徴とする
半導体レーザーが提供される。
【００１６】かかる半導体レーザーは、基板上に、Ｍｇ
を含有するII−VI族化合物半導体を主成分とする下部ク
ラッド層を形成する工程、前記下部クラッド層の直上
に、II−VI族化合物半導体を主成分とする活性層を形成
する工程、および、前記活性層の直上に、Ｍｇを含有す
るII−VI族化合物半導体を主成分とする上部ｐ型クラッ
ド層を形成する工程を具備し、前記上部および下部クラ
ッド層を形成する際のＭｇ原料ガスとして、Ｓｉ原子に
メチル基Ｍｅが３個結合した基（Ｍｅ3 Ｓｉ−）を有す
る有機Ｍｇ化合物を使用することを特徴とする方法によ
り製造することができる。
を含有するII−VI族化合物半導体を主成分とする下部ク
ラッド層を形成する工程、前記下部クラッド層の直上
に、II−VI族化合物半導体を主成分とする活性層を形成
する工程、および、前記活性層の直上に、Ｍｇを含有す
るII−VI族化合物半導体を主成分とする上部ｐ型クラッ
ド層を形成する工程を具備し、前記上部および下部クラ
ッド層を形成する際のＭｇ原料ガスとして、Ｓｉ原子に
メチル基Ｍｅが３個結合した基（Ｍｅ3 Ｓｉ−）を有す
る有機Ｍｇ化合物を使用することを特徴とする方法によ
り製造することができる。
【００１７】本発明者らは、 III-V族化合物半導体層に
多量のＭｇをドープした際に生じる信頼性の低下は、こ
のＭｇが層内を拡散して、ドープ層とアンドープ層との
間に急峻な界面が得られないことに起因すると考え、鋭
意研究した結果、ドープ層中にＳｉを存在させることに
よって、Ｍｇの拡散を抑制し得ることを見出だした。す
なわち、ある特定の半導体層の抵抗値を所定の程度まで
小さくするためには、その層に含有されるＭｇ量は１０
18／ｃｍ3 のオーダー以上であることが要求されるが、
この場合には、Ｍｇは隣接する層との界面を越えて拡散
してしまう。そのため、ドープ層とアンドープ層との間
には急峻な界面が得られず、半導体レーザーの信頼性を
低下させる原因となっていた。
多量のＭｇをドープした際に生じる信頼性の低下は、こ
のＭｇが層内を拡散して、ドープ層とアンドープ層との
間に急峻な界面が得られないことに起因すると考え、鋭
意研究した結果、ドープ層中にＳｉを存在させることに
よって、Ｍｇの拡散を抑制し得ることを見出だした。す
なわち、ある特定の半導体層の抵抗値を所定の程度まで
小さくするためには、その層に含有されるＭｇ量は１０
18／ｃｍ3 のオーダー以上であることが要求されるが、
この場合には、Ｍｇは隣接する層との界面を越えて拡散
してしまう。そのため、ドープ層とアンドープ層との間
には急峻な界面が得られず、半導体レーザーの信頼性を
低下させる原因となっていた。
【００１８】本発明の半導体レーザーにおいては、Ｓｉ
をｐドープ層中にＭｇとともに存在させているので、ｐ
ドープ層におけるＭｇの拡散を抑制することができる。
特に、Ｍｇ量に相当する量のＳｉをドープ層中に含有さ
せることによって、より効果的にＭｇの拡散を抑制する
ことができる。したがって、 III-V族化合物半導体層中
に５×１０18／ｃｍ3 以上のＳｉを含有させた場合に
は、５×１０18／ｃｍ3以上のＭｇをこの層に含有させ
ても、隣接する層へのＭｇの拡散は抑制される。すなわ
ち、多量のＭｇをドープすることによって所望の抵抗値
を得るとともに、ＳｉによりＭｇの拡散を抑制すること
によってドープ層とアンドープ層との界面の急峻性を確
保できる。このため、かかる半導体を主成分とする半導
体レーザーの信頼性の低下を防止することが可能とな
る。
をｐドープ層中にＭｇとともに存在させているので、ｐ
ドープ層におけるＭｇの拡散を抑制することができる。
特に、Ｍｇ量に相当する量のＳｉをドープ層中に含有さ
せることによって、より効果的にＭｇの拡散を抑制する
ことができる。したがって、 III-V族化合物半導体層中
に５×１０18／ｃｍ3 以上のＳｉを含有させた場合に
は、５×１０18／ｃｍ3以上のＭｇをこの層に含有させ
ても、隣接する層へのＭｇの拡散は抑制される。すなわ
ち、多量のＭｇをドープすることによって所望の抵抗値
を得るとともに、ＳｉによりＭｇの拡散を抑制すること
によってドープ層とアンドープ層との界面の急峻性を確
保できる。このため、かかる半導体を主成分とする半導
体レーザーの信頼性の低下を防止することが可能とな
る。
【００１９】また、II−VI族化合物半導体層の構成材料
の一部として、多量のＭｇを含有させた場合に生じる半
導体レーザーの信頼性の低下について、本発明者らは次
のように考察した。すなわち、多量のＭｇが含有された
II−VI族化合物半導体層と、この半導体層に隣接し、か
つＭｇが含有されないII−VI族化合物半導体層との界面
に歪みが生じやすくなる。その結果、転位等の欠陥が発
生して、かかる化合物半導体を主成分とする半導体レー
ザーの信頼性を低下させる。ＭｇとともにＳｉを半導体
層内に含有させた場合には、Ｓｉは、隣接する層との界
面側に集まってＳｉリッチな領域が形成される。このＳ
ｉリッチな領域によって、前述の界面における欠陥や歪
みの発生が抑制されると考えられる。したがって、II−
VI族化合物半導体を主成分とする半導体レーザーの信頼
性を向上させることが可能となる。
の一部として、多量のＭｇを含有させた場合に生じる半
導体レーザーの信頼性の低下について、本発明者らは次
のように考察した。すなわち、多量のＭｇが含有された
II−VI族化合物半導体層と、この半導体層に隣接し、か
つＭｇが含有されないII−VI族化合物半導体層との界面
に歪みが生じやすくなる。その結果、転位等の欠陥が発
生して、かかる化合物半導体を主成分とする半導体レー
ザーの信頼性を低下させる。ＭｇとともにＳｉを半導体
層内に含有させた場合には、Ｓｉは、隣接する層との界
面側に集まってＳｉリッチな領域が形成される。このＳ
ｉリッチな領域によって、前述の界面における欠陥や歪
みの発生が抑制されると考えられる。したがって、II−
VI族化合物半導体を主成分とする半導体レーザーの信頼
性を向上させることが可能となる。
【００２０】本発明においては、 III-V族化合物半導体
またはII−VI族化合物半導体に、ｐ型ドーパントとして
のＭｇまたは構成材料としてのＭｇをドープする場合に
は、原料ガスとして、Ｓｉを含有する化合物とＭｇを含
有する化合物との２種類の原料ガスを使用することがで
きる。Ｓｉを含有する化合物としては、例えば、ＳｉＨ
4 、Ｓｉ2 Ｈ6 等のＳｉ水素化物、またはＳｉ（ＣＨ
3 ）4 等の有機金属Ｓｉ化合物が挙げられ、Ｍｇを含有
する化合物としては、例えば、Ｃｐ2 Ｍｇ、メチルＣｐ
2 Ｍｇ、およびエチルＣｐ2 Ｍｇ等が挙げられる。
またはII−VI族化合物半導体に、ｐ型ドーパントとして
のＭｇまたは構成材料としてのＭｇをドープする場合に
は、原料ガスとして、Ｓｉを含有する化合物とＭｇを含
有する化合物との２種類の原料ガスを使用することがで
きる。Ｓｉを含有する化合物としては、例えば、ＳｉＨ
4 、Ｓｉ2 Ｈ6 等のＳｉ水素化物、またはＳｉ（ＣＨ
3 ）4 等の有機金属Ｓｉ化合物が挙げられ、Ｍｇを含有
する化合物としては、例えば、Ｃｐ2 Ｍｇ、メチルＣｐ
2 Ｍｇ、およびエチルＣｐ2 Ｍｇ等が挙げられる。
【００２１】なお、Ｓｉを含有する原料ガスの流量は、
Ｍｇを含む原料ガスの流量に応じて決定することができ
る。 III-V族化合物半導体層中でのＭｇの拡散を抑制す
るためには、Ｍｇ量に相当する量のＳｉが存在すること
が必要とされるので、所望のＭｇ量に応じてＳｉ原料の
供給量を選択する。例えば、Ｍｇ原料としてのＣｐ2Ｍ
ｇの流量を０℃で１０〜１００ｃｃ／分とする場合に
は、Ｓｉ原料としてのＳｉＨ4 の流量も１０ｐｐｍの濃
度にて１０〜１００ｃｃ／分とすることが好ましい。
Ｍｇを含む原料ガスの流量に応じて決定することができ
る。 III-V族化合物半導体層中でのＭｇの拡散を抑制す
るためには、Ｍｇ量に相当する量のＳｉが存在すること
が必要とされるので、所望のＭｇ量に応じてＳｉ原料の
供給量を選択する。例えば、Ｍｇ原料としてのＣｐ2Ｍ
ｇの流量を０℃で１０〜１００ｃｃ／分とする場合に
は、Ｓｉ原料としてのＳｉＨ4 の流量も１０ｐｐｍの濃
度にて１０〜１００ｃｃ／分とすることが好ましい。
【００２２】所定の化合物半導体層にＳｉとＭｇとを含
有する本発明の半導体レーザーの製造に当たっては、Ｍ
ｇとＳｉとを含有する化合物を原料ガスとして用いても
よく、かかる化合物としては、Ｓｉ原子にメチル基Ｍｅ
が３つ結合した（Ｍｅ3 Ｓｉ−）を有する有機Ｍｇ化合
物が有効である。
有する本発明の半導体レーザーの製造に当たっては、Ｍ
ｇとＳｉとを含有する化合物を原料ガスとして用いても
よく、かかる化合物としては、Ｓｉ原子にメチル基Ｍｅ
が３つ結合した（Ｍｅ3 Ｓｉ−）を有する有機Ｍｇ化合
物が有効である。
【００２３】以下、有機Ｍｇ化合物について詳細に説明
する。この有機Ｍｇ化合物は、ＭｇとＳｉとを含んでい
るので、必要とされる原料ガスが１種類ですむのみなら
ず、以下のような利点を有する。本発明者らは、Ｃｐ2
Ｍｇのメモリー効果は、Ｍｇ化合物の本質的な問題では
なく、シクロペンタ環を有するＭｇ化合物に特有な問題
であると考えた。したがって、シクロペンタ環を持たな
いＭｇ化合物を原料ガスとして用いれば、メモリー効果
を回避することができる。しかしながら、ＭＯＣＶＤ法
の原料ガスとして一般に用いられるような直鎖型のアル
キルＭｇ化合物は、前述のように自己会合性が強いため
に単体では存在していない。
する。この有機Ｍｇ化合物は、ＭｇとＳｉとを含んでい
るので、必要とされる原料ガスが１種類ですむのみなら
ず、以下のような利点を有する。本発明者らは、Ｃｐ2
Ｍｇのメモリー効果は、Ｍｇ化合物の本質的な問題では
なく、シクロペンタ環を有するＭｇ化合物に特有な問題
であると考えた。したがって、シクロペンタ環を持たな
いＭｇ化合物を原料ガスとして用いれば、メモリー効果
を回避することができる。しかしながら、ＭＯＣＶＤ法
の原料ガスとして一般に用いられるような直鎖型のアル
キルＭｇ化合物は、前述のように自己会合性が強いため
に単体では存在していない。
【００２４】本発明者らは、有機Ｍｇ化合物の中でも嵩
高く対称性のよい基が付与されている場合に、単体で存
在しかつ、十分に高い蒸気圧をもつ化合物があることを
見出だした。［（Ｍｅ3 Ｓｉ）2 Ｎ］2 Ｍｇは、そのよ
うな物質のうちの一つであり、融点が１１６℃であるた
めに十分な蒸気圧を確保できる。したがって、この
［（Ｍｅ3 Ｓｉ）2 Ｎ］2 Ｍｇは、ｐ型ドーパントおよ
びＭｇ原料として、特に好ましい物質である。この化合
物は、下記化１に示す式（１）で表わされる。
高く対称性のよい基が付与されている場合に、単体で存
在しかつ、十分に高い蒸気圧をもつ化合物があることを
見出だした。［（Ｍｅ3 Ｓｉ）2 Ｎ］2 Ｍｇは、そのよ
うな物質のうちの一つであり、融点が１１６℃であるた
めに十分な蒸気圧を確保できる。したがって、この
［（Ｍｅ3 Ｓｉ）2 Ｎ］2 Ｍｇは、ｐ型ドーパントおよ
びＭｇ原料として、特に好ましい物質である。この化合
物は、下記化１に示す式（１）で表わされる。
【００２５】
【化１】
【００２６】この化合物は、Ｎを含むIII-Ｖ族化合物半
導体にＭｇドーピングを行う際のドーピング用原料とし
て、著しい効果を発揮する。通常、Ｎを含むIII-Ｖ族化
合物半導体にＭｇドーピングを行う場合には、Ｍｇに同
伴してＨが取り込まれると考えられている。ドープ層中
にＨが混入すると、ｐ型ドーパンドの活性化率を低下さ
せてしまうので、ドープ層へのＨの混入は極力避なけれ
ばならない。上述の式（１）で表わされる化合物は、そ
れ自体にＭｇ−Ｎ結合を有しているので、Ｈの混入を抑
制することができ、有効なＭｇドーピングが可能であ
る。しかも、この化合物中に含まれるトリメチルシリル
基は、Ｓｉ原子にメチル基が３個付与した基であるため
嵩高く立体的であるとともに対称性がよい。このため、
（Ｍｅ3 Ｓｉ−）基は、他の物質に結合することによっ
て安定な物質を形成する。
導体にＭｇドーピングを行う際のドーピング用原料とし
て、著しい効果を発揮する。通常、Ｎを含むIII-Ｖ族化
合物半導体にＭｇドーピングを行う場合には、Ｍｇに同
伴してＨが取り込まれると考えられている。ドープ層中
にＨが混入すると、ｐ型ドーパンドの活性化率を低下さ
せてしまうので、ドープ層へのＨの混入は極力避なけれ
ばならない。上述の式（１）で表わされる化合物は、そ
れ自体にＭｇ−Ｎ結合を有しているので、Ｈの混入を抑
制することができ、有効なＭｇドーピングが可能であ
る。しかも、この化合物中に含まれるトリメチルシリル
基は、Ｓｉ原子にメチル基が３個付与した基であるため
嵩高く立体的であるとともに対称性がよい。このため、
（Ｍｅ3 Ｓｉ−）基は、他の物質に結合することによっ
て安定な物質を形成する。
【００２７】かかる有機Ｍｇ化合物を原料ガスとして用
いて、 III-V族化合物半導体からなるｐ型クラッド層を
ＭＯＣＶＤ法により形成することによって、このドープ
層にはＭｇとともにＳｉが取り込まれる。ＳｉはＭｇの
拡散を抑制し、それによって、ドープ層とアンドープ層
との間には急峻な界面が形成される。
いて、 III-V族化合物半導体からなるｐ型クラッド層を
ＭＯＣＶＤ法により形成することによって、このドープ
層にはＭｇとともにＳｉが取り込まれる。ＳｉはＭｇの
拡散を抑制し、それによって、ドープ層とアンドープ層
との間には急峻な界面が形成される。
【００２８】しかも、この有機Ｍｇ化合物は、十分に高
い蒸気圧を有するとともに、メモリー効果がないので、
ドープ層とアンドープ層との界面の急峻性をよりいっそ
う高め、再現性のよいドーピングを行なうことができ
る。
い蒸気圧を有するとともに、メモリー効果がないので、
ドープ層とアンドープ層との界面の急峻性をよりいっそ
う高め、再現性のよいドーピングを行なうことができ
る。
【００２９】また、前述の有機Ｍｇ化合物を、II−VI族
化合物半導体からなるクラッド層へＭｇを導入する際の
原料として用いた場合にも、この化合物中のＳｉはＭｇ
とともにドープ層中に取り込まれる。Ｓｉは、クラッド
層の活性層側に集中して、Ｓｉリッチな領域が形成さ
れ、これによって、クラッド層／活性層界面での歪みや
欠陥の発生が抑制される。
化合物半導体からなるクラッド層へＭｇを導入する際の
原料として用いた場合にも、この化合物中のＳｉはＭｇ
とともにドープ層中に取り込まれる。Ｓｉは、クラッド
層の活性層側に集中して、Ｓｉリッチな領域が形成さ
れ、これによって、クラッド層／活性層界面での歪みや
欠陥の発生が抑制される。
【００３０】このII−VI族化合物半導体の場合において
も、 III-V族化合物半導体の場合と同様に、Ｍｇの組成
制御を再現性よく行なうことができる。なお、上述のよ
うな化合物半導体層へのＳｉの取り込みは、Ｓｉを含有
するガスとＭｇを含有するガスとの２種類の原料ガスを
用いた場合にも、同様に生じると考えられる。
も、 III-V族化合物半導体の場合と同様に、Ｍｇの組成
制御を再現性よく行なうことができる。なお、上述のよ
うな化合物半導体層へのＳｉの取り込みは、Ｓｉを含有
するガスとＭｇを含有するガスとの２種類の原料ガスを
用いた場合にも、同様に生じると考えられる。
【００３１】すなわち、ｐドープされた III-V族化合物
半導体層からなるクラッド層中、およびＭｇを含有する
II−VI族化合物半導体層からなるクラッド層中にＳｉを
含有させることによって、信頼性の高い半導体レーザー
が得られる。
半導体層からなるクラッド層中、およびＭｇを含有する
II−VI族化合物半導体層からなるクラッド層中にＳｉを
含有させることによって、信頼性の高い半導体レーザー
が得られる。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により詳細
に説明する。まず、原料ガスとして［（Ｍｅ3 Ｓｉ）2
Ｎ］2 Ｍｇを用いて、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ層中に
Ｍｇドーピングを行った後、このＧａＮ層における深さ
方向のＭｇ濃度プロファイルをＳＩＭＳ分析法によって
測定した。得られた結果を図１に示す。なお、図１に
は、比較のために、Ｃｐ2 Ｍｇを用いて同様にＧａＮ中
にＭｇドーピングを行なった後、同様にＳＩＭＳ分析法
により測定したＭｇ濃度プロファイルを示した。
に説明する。まず、原料ガスとして［（Ｍｅ3 Ｓｉ）2
Ｎ］2 Ｍｇを用いて、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ層中に
Ｍｇドーピングを行った後、このＧａＮ層における深さ
方向のＭｇ濃度プロファイルをＳＩＭＳ分析法によって
測定した。得られた結果を図１に示す。なお、図１に
は、比較のために、Ｃｐ2 Ｍｇを用いて同様にＧａＮ中
にＭｇドーピングを行なった後、同様にＳＩＭＳ分析法
により測定したＭｇ濃度プロファイルを示した。
【００３３】図１に示すように、原料ガスとしてＣｐ2
Ｍｇを用いた場合には、原料を供給し始めても、Ｍｇは
所望の層に直ぐには取り込まれない。さらに、原料の供
給を止めても、Ｍｇはこの層にだらだらと取り込まれて
しまう。
Ｍｇを用いた場合には、原料を供給し始めても、Ｍｇは
所望の層に直ぐには取り込まれない。さらに、原料の供
給を止めても、Ｍｇはこの層にだらだらと取り込まれて
しまう。
【００３４】それに対して、［（Ｍｅ3 Ｓｉ）2 Ｎ］2
Ｍｇを用いた場合には、立上がり、立ち下がりに若干の
テールが残るものの、ドープ層においては、ほぼ一定の
Ｍｇドーピングが行なわれている。
Ｍｇを用いた場合には、立上がり、立ち下がりに若干の
テールが残るものの、ドープ層においては、ほぼ一定の
Ｍｇドーピングが行なわれている。
【００３５】なお、［（Ｍｅ3 Ｓｉ）2 Ｎ］2 Ｍｇを用
いた場合のドープ層中には、Ｓｉは、Ｍｇとほぼ同等の
量で含有されており、その濃度プロファイルは、十分急
峻であった。
いた場合のドープ層中には、Ｓｉは、Ｍｇとほぼ同等の
量で含有されており、その濃度プロファイルは、十分急
峻であった。
【００３６】このように、ＳｉをＭｇとともにドープ層
中に含有させることによって、ドープ層とアンドープ層
との間に急峻な界面が形成されることがわかる。図２
は、本発明の第１の実施例の半導体レーザーの断面図で
ある。サファイア基板１０のｃ面上にＡｌＮ（１０ｎ
ｍ）の第１バッファ層１１、ＧａＮ（１．０μｍ）の第
２バッファ層１２、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮ（１．０
μｍ）のクラッド層１３、ＧａＮ（０．０５μｍ）の活
性層１４、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ（１．０μｍ）の
クラッド層１５、およびＭｇドープｐ型ＧａＮ（０．５
μｍ）のコンタクト層１６が順次形成されている。ま
た、第２のバッファ層１２およびｐ型コンタクト層１６
の上面には、それぞれＡｕ／ＴｉＡｌ電極１７およびＡ
ｕ／Ｎｉ電極１８が設けられている。
中に含有させることによって、ドープ層とアンドープ層
との間に急峻な界面が形成されることがわかる。図２
は、本発明の第１の実施例の半導体レーザーの断面図で
ある。サファイア基板１０のｃ面上にＡｌＮ（１０ｎ
ｍ）の第１バッファ層１１、ＧａＮ（１．０μｍ）の第
２バッファ層１２、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮ（１．０
μｍ）のクラッド層１３、ＧａＮ（０．０５μｍ）の活
性層１４、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮ（１．０μｍ）の
クラッド層１５、およびＭｇドープｐ型ＧａＮ（０．５
μｍ）のコンタクト層１６が順次形成されている。ま
た、第２のバッファ層１２およびｐ型コンタクト層１６
の上面には、それぞれＡｕ／ＴｉＡｌ電極１７およびＡ
ｕ／Ｎｉ電極１８が設けられている。
【００３７】図３は、本発明の実施例方法に使用した成
長装置を示す概略構成図である。図中の２１は石英製の
反応管であり、この反応管２１内には、ガス導入口２２
から原料混合ガスが導入される。そして、反応管２１内
のガスは、ガス排気口２３から排気される。反応管２１
内には、カーボン製のサセプタ２４が配置されており、
このサセプタ２４は、高周波コイル２５により誘電加熱
される。なお、試料基板２０は、前述のサセプタ２４上
に載置され、この基板２０の温度は熱電対２６によって
測定される。熱電対によって測定された基板２０の温度
は、別の装置（図示せず）によってコントロールされ
る。
長装置を示す概略構成図である。図中の２１は石英製の
反応管であり、この反応管２１内には、ガス導入口２２
から原料混合ガスが導入される。そして、反応管２１内
のガスは、ガス排気口２３から排気される。反応管２１
内には、カーボン製のサセプタ２４が配置されており、
このサセプタ２４は、高周波コイル２５により誘電加熱
される。なお、試料基板２０は、前述のサセプタ２４上
に載置され、この基板２０の温度は熱電対２６によって
測定される。熱電対によって測定された基板２０の温度
は、別の装置（図示せず）によってコントロールされ
る。
【００３８】次に、図３の成長装置を用いて図２の構造
の半導体レーザを製造する方法の一例を、簡単に説明す
る。まず、基板をサセプタ上に載置して、チャンバー内
にＨ2 ガスを導入しつつ、この基板を１１００℃に加熱
することによって、その表面を清浄化する。次いで、基
板温度を４５０〜９００℃に低下させた後、Ｈ2 ガス
を、ＮＨ3 ガス、または（ＣＨ3 ）2 Ｎ2 Ｈ2 等のＮを
含む有機化合物に切り替える。このＮを含む有機化合物
とともに、成長すべき層に応じた有機金属化合物をチャ
ンバー内に導入して、それぞれの層の成長を行う。
の半導体レーザを製造する方法の一例を、簡単に説明す
る。まず、基板をサセプタ上に載置して、チャンバー内
にＨ2 ガスを導入しつつ、この基板を１１００℃に加熱
することによって、その表面を清浄化する。次いで、基
板温度を４５０〜９００℃に低下させた後、Ｈ2 ガス
を、ＮＨ3 ガス、または（ＣＨ3 ）2 Ｎ2 Ｈ2 等のＮを
含む有機化合物に切り替える。このＮを含む有機化合物
とともに、成長すべき層に応じた有機金属化合物をチャ
ンバー内に導入して、それぞれの層の成長を行う。
【００３９】基板上への半導体層の成膜に当たっては、
まず、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 およびＡｌ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 等の
有機金属Ａｌ化合物をチャンバー内に導入して、ＡｌＮ
を含む第１バッファ層１１を基板１０上に形成し、次
に、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 またはＧａ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 等の有
機金属Ｇａ化合物をチャンバー内に導入して、ＧａＮを
含む第２バッファ層１２を形成する。
まず、Ａｌ（ＣＨ3 ）3 およびＡｌ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 等の
有機金属Ａｌ化合物をチャンバー内に導入して、ＡｌＮ
を含む第１バッファ層１１を基板１０上に形成し、次
に、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 またはＧａ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 等の有
機金属Ｇａ化合物をチャンバー内に導入して、ＧａＮを
含む第２バッファ層１２を形成する。
【００４０】ＡｌＧａＮを含む第１のクラッド層１３
は、有機金属Ａｌ化合物および有機金属Ｇａ化合物に加
えて、ｎ型ドーピング用原料を導入して成長を行う。ｎ
型ドーピング用原料としては、ＳｉＨ4 等のＳｉ水素化
物、またはＳｉ（ＣＨ3 ）4 等の有機金属Ｓｉ化合物を
用いることができる。
は、有機金属Ａｌ化合物および有機金属Ｇａ化合物に加
えて、ｎ型ドーピング用原料を導入して成長を行う。ｎ
型ドーピング用原料としては、ＳｉＨ4 等のＳｉ水素化
物、またはＳｉ（ＣＨ3 ）4 等の有機金属Ｓｉ化合物を
用いることができる。
【００４１】活性層１４は、前述の第２のバッファ層の
場合と同様に、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 またはＧａ（Ｃ2 Ｈ
5 ）3 等の有機金属Ｇａ化合物を導入することによっ
て、成長を行なう。なお、ＧａＮ活性層１４のバンドギ
ャップを狭めるために、この層にＩｎを添加してもよ
い。この場合には、Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 或いはＩｎ（Ｃ2
Ｈ5）3 等の有機金属Ｉｎ化合物を、例えば、気相中で
のＧａ原料に対するＩｎ原料の分子比を、５％〜１００
％として導入することによって、活性層中にＩｎを添加
することができる。
場合と同様に、Ｇａ（ＣＨ3 ）3 またはＧａ（Ｃ2 Ｈ
5 ）3 等の有機金属Ｇａ化合物を導入することによっ
て、成長を行なう。なお、ＧａＮ活性層１４のバンドギ
ャップを狭めるために、この層にＩｎを添加してもよ
い。この場合には、Ｉｎ（ＣＨ3 ）3 或いはＩｎ（Ｃ2
Ｈ5）3 等の有機金属Ｉｎ化合物を、例えば、気相中で
のＧａ原料に対するＩｎ原料の分子比を、５％〜１００
％として導入することによって、活性層中にＩｎを添加
することができる。
【００４２】ＡｌＧａＮを含む第２のクラッド層１５
は、有機金属Ａｌ化合物および有機金属Ｇａ化合物に加
えて、ｐ型ドーピング用原料を導入して成長を行う。ｐ
型ドーピング用原料としては、トリメチルシリル基を有
する有機Ｍｇ化合物、例えば［（Ｍｅ3 Ｓｉ）2 Ｎ］2
Ｍｇ、［（Ｍｅ3 Ｓｉ）ＣＨ3 ］2 Ｍｇ、および（Ｍｅ
3 Ｓｉ）2 Ｍｇ等を使用することができる。
は、有機金属Ａｌ化合物および有機金属Ｇａ化合物に加
えて、ｐ型ドーピング用原料を導入して成長を行う。ｐ
型ドーピング用原料としては、トリメチルシリル基を有
する有機Ｍｇ化合物、例えば［（Ｍｅ3 Ｓｉ）2 Ｎ］2
Ｍｇ、［（Ｍｅ3 Ｓｉ）ＣＨ3 ］2 Ｍｇ、および（Ｍｅ
3 Ｓｉ）2 Ｍｇ等を使用することができる。
【００４３】さらに、コンタクト層１６の形成の際に
は、有機金属Ｇａ化合物、例えばＧａ（ＣＨ3 ）3 或い
はＧａ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 を導入して成長を行う。このコン
タクト層１６のｐ型ドーピング用原料としては、前述と
同様のトリメチルシリル基を有する有機Ｍｇ化合物が用
いられる。
は、有機金属Ｇａ化合物、例えばＧａ（ＣＨ3 ）3 或い
はＧａ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 を導入して成長を行う。このコン
タクト層１６のｐ型ドーピング用原料としては、前述と
同様のトリメチルシリル基を有する有機Ｍｇ化合物が用
いられる。
【００４４】以上のように基板上に、第１のバッファ
層、第２のバッファ層、第１のクラッド層、活性層、第
２のクラッド層、およびコンタクト層を順次形成した
後、エッチングにより所定の領域を選択的に除去する。
層、第２のバッファ層、第１のクラッド層、活性層、第
２のクラッド層、およびコンタクト層を順次形成した
後、エッチングにより所定の領域を選択的に除去する。
【００４５】さらに、第２のバッファ層１２の露出面に
蒸着等によって、Ａｕ／ＴｉＡｌ電極１７を形成し、コ
ンタクト層１６の表面に蒸着等によってＡｕ／Ｎｉ電極
１８を形成することによって、図２に示すような本発明
の半導体レーザー１９が得られる。かかる構成の半導体
レーザーの発振波長は、４５０ｎｍである。
蒸着等によって、Ａｕ／ＴｉＡｌ電極１７を形成し、コ
ンタクト層１６の表面に蒸着等によってＡｕ／Ｎｉ電極
１８を形成することによって、図２に示すような本発明
の半導体レーザー１９が得られる。かかる構成の半導体
レーザーの発振波長は、４５０ｎｍである。
【００４６】前述の第１の実施例の半導体レーザーにお
けるｐドープ層に含有されるＭｇおよびＳｉの濃度は、
以下のように考察される。例えば、０℃に保持されたＭ
ｇ原料のキャリア流量を５０ｃｃ／ｍｉｎとして、前述
の工程にしたがって１．０μｍの膜厚のｐドープ層を形
成すると、このｐ型クラッド層中のＭｇ量およびＳｉ量
は、それぞれ５×１０19／ｃｍ3 および３×１０19／ｃ
ｍ3 と考えられる。この場合、ｐ型クラッド層と活性層
との界面においては、０．１μｍの膜厚中でＭｇ量が３
桁以上変化することになる。
けるｐドープ層に含有されるＭｇおよびＳｉの濃度は、
以下のように考察される。例えば、０℃に保持されたＭ
ｇ原料のキャリア流量を５０ｃｃ／ｍｉｎとして、前述
の工程にしたがって１．０μｍの膜厚のｐドープ層を形
成すると、このｐ型クラッド層中のＭｇ量およびＳｉ量
は、それぞれ５×１０19／ｃｍ3 および３×１０19／ｃ
ｍ3 と考えられる。この場合、ｐ型クラッド層と活性層
との界面においては、０．１μｍの膜厚中でＭｇ量が３
桁以上変化することになる。
【００４７】したがって、このドープ層の下層に存在す
るアンドープ層である活性層の膜厚が５ｎｍ以下の場合
であっても、十分な精度をもってドープ量を制御するこ
とができる。さらに、ｐドープ層中のＭｇ濃度、Ｓｉ濃
度、およびｐドープ層とアンドープ層との界面における
Ｍｇ濃度の変化を計算し、下記表１にまとめた。
るアンドープ層である活性層の膜厚が５ｎｍ以下の場合
であっても、十分な精度をもってドープ量を制御するこ
とができる。さらに、ｐドープ層中のＭｇ濃度、Ｓｉ濃
度、およびｐドープ層とアンドープ層との界面における
Ｍｇ濃度の変化を計算し、下記表１にまとめた。
【００４８】
【表１】
【００４９】表１に示すように、ｐドープ層中のＳｉ量
が５×１０17／ｃｍ3 未満の場合には、アンドープ層と
の界面において０．１μｍの膜厚中、Ｍｇ量の変化は、
わずか１／２にすぎない。すなわち、ｐ型クラッド層に
おいてＭｇの急峻なドーピングが得られない。
が５×１０17／ｃｍ3 未満の場合には、アンドープ層と
の界面において０．１μｍの膜厚中、Ｍｇ量の変化は、
わずか１／２にすぎない。すなわち、ｐ型クラッド層に
おいてＭｇの急峻なドーピングが得られない。
【００５０】ｐドープ層中のＭｇ量が５×１０18／ｃｍ
3 未満の場合には、拡散距離は、０．ｌμｍ以下である
ものの、所望の抵抗値を得ることができない。ドープ層
の特性を維持するためには、１×１０19／ｃｍ3 以上の
Ｍｇが必要であるが、Ｓｉが含有されない場合には、隣
接する層までＭｇが拡散してしまうので、急峻な界面が
得られない。
3 未満の場合には、拡散距離は、０．ｌμｍ以下である
ものの、所望の抵抗値を得ることができない。ドープ層
の特性を維持するためには、１×１０19／ｃｍ3 以上の
Ｍｇが必要であるが、Ｓｉが含有されない場合には、隣
接する層までＭｇが拡散してしまうので、急峻な界面が
得られない。
【００５１】これに対して、ｐドープ層中のＳｉが５×
１０18／ｃｍ3 以上の場合には、アンドープ層との界面
におけるＭｇドープ量の変化は、０．１μｍ当たり３倍
にも及んでいる。したがって、極めて急峻な界面が得ら
れたことがわかる。しかも、この場合には、ｐドープ層
の抵抗は１Ω・ｃｍ以下であり、半導体レーザ実現のた
めに十分な値である。
１０18／ｃｍ3 以上の場合には、アンドープ層との界面
におけるＭｇドープ量の変化は、０．１μｍ当たり３倍
にも及んでいる。したがって、極めて急峻な界面が得ら
れたことがわかる。しかも、この場合には、ｐドープ層
の抵抗は１Ω・ｃｍ以下であり、半導体レーザ実現のた
めに十分な値である。
【００５２】このように、本実施例によれば、ＤＨ構造
のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層中にＳｉを含有させたの
で、Ｍｇの急峻なドーピングを行なうことができ、優れ
た性能のＤＨレーザが得られることが予測される。
のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層中にＳｉを含有させたの
で、Ｍｇの急峻なドーピングを行なうことができ、優れ
た性能のＤＨレーザが得られることが予測される。
【００５３】特に、Ｓｉ原子にメチル基が３個結合した
（Ｍｅ3 Ｓｉ−）を有する有機Ｍｇ化合物を、ＡｌＧａ
Ｎのｐ型ドーパントとして用いるので、ＤＨ構造のｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層においてＭｇの急峻なドーピング
を行うことができ、これによって優れた性能を有するＤ
Ｈレーザを作製することが可能となる。
（Ｍｅ3 Ｓｉ−）を有する有機Ｍｇ化合物を、ＡｌＧａ
Ｎのｐ型ドーパントとして用いるので、ＤＨ構造のｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層においてＭｇの急峻なドーピング
を行うことができ、これによって優れた性能を有するＤ
Ｈレーザを作製することが可能となる。
【００５４】図４は、本発明の他の実施例に係わる半導
体レーザを示す断面図である。図４に示すように、半導
体レーザー３７においては、ＧａＡｓ基板３０上にＧａ
Ａｓバッファ層３１が形成され、その上にＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層３２、ＺｎＳｅ活性層３３、およびＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層３４が順次形成されている。さら
に、クラッド層３４表面および基板３０の裏面には、そ
れぞれＡｕ電極３６およびＡｕＧｅ電極３５が形成され
ている。
体レーザを示す断面図である。図４に示すように、半導
体レーザー３７においては、ＧａＡｓ基板３０上にＧａ
Ａｓバッファ層３１が形成され、その上にＺｎＭｇＳＳ
ｅクラッド層３２、ＺｎＳｅ活性層３３、およびＺｎＭ
ｇＳＳｅクラッド層３４が順次形成されている。さら
に、クラッド層３４表面および基板３０の裏面には、そ
れぞれＡｕ電極３６およびＡｕＧｅ電極３５が形成され
ている。
【００５５】本実施例においても、前述の第１の実施例
と同様に各々の層をＭＯＣＶＤ法により成長し、Ｍｇを
含むクラッド層３２、３４の少なくとも一方にはＳｉを
含有させる。これによって、急峻なヘテロ界面をもつＺ
ｎＭｇＳＳｅ／ＺｎＳｅのヘテロ構造の作製が可能にな
る。
と同様に各々の層をＭＯＣＶＤ法により成長し、Ｍｇを
含むクラッド層３２、３４の少なくとも一方にはＳｉを
含有させる。これによって、急峻なヘテロ界面をもつＺ
ｎＭｇＳＳｅ／ＺｎＳｅのヘテロ構造の作製が可能にな
る。
【００５６】しかも、かかる半導体レーザーは、クラッ
ド層の活性層側における欠陥や歪みの発生が抑制される
ので、信頼性を高めることができる。前述の第２の実施
例の半導体レーザーにおけるクラッド層中のＭｇおよび
Ｓｉの濃度は、以下のように考察される。例えば、Ｍｇ
原料の流量を１００ｃｃ／ｍｉｎとして、前述の実施例
１と同様の工程にしたがって１．０μｍの膜厚のクラッ
ド層を形成すると、このクラッド層中のＳｉ量は、１×
１０19／ｃｍ3 と考えられる。この場合、クラッド層の
活性層に接する側には、Ｓｉが集中してＳｉリッチな領
域が形成され、これによって、ドープ層とアンドープ層
との界面での欠陥の発生は防止される。なお、クラッド
層中のＳｉが５×１０18／ｃｍ3 未満の場合には、この
クラッド層の表面近傍にはＳｉリッチな領域が形成され
ないので、欠陥や歪みが発生することが予測される。
ド層の活性層側における欠陥や歪みの発生が抑制される
ので、信頼性を高めることができる。前述の第２の実施
例の半導体レーザーにおけるクラッド層中のＭｇおよび
Ｓｉの濃度は、以下のように考察される。例えば、Ｍｇ
原料の流量を１００ｃｃ／ｍｉｎとして、前述の実施例
１と同様の工程にしたがって１．０μｍの膜厚のクラッ
ド層を形成すると、このクラッド層中のＳｉ量は、１×
１０19／ｃｍ3 と考えられる。この場合、クラッド層の
活性層に接する側には、Ｓｉが集中してＳｉリッチな領
域が形成され、これによって、ドープ層とアンドープ層
との界面での欠陥の発生は防止される。なお、クラッド
層中のＳｉが５×１０18／ｃｍ3 未満の場合には、この
クラッド層の表面近傍にはＳｉリッチな領域が形成され
ないので、欠陥や歪みが発生することが予測される。
【００５７】さらに、第２の実施例の半導体レーザーに
おいては、クラッド層と活性層との界面においては、
０．１μｍの膜厚中でＭｇ量が３倍以上変化することに
なる。したがって、このクラッド層に隣接する活性層の
膜厚が５ｎｍ以下の場合であっても、十分な精度をもっ
てドープ量を制御することができる。
おいては、クラッド層と活性層との界面においては、
０．１μｍの膜厚中でＭｇ量が３倍以上変化することに
なる。したがって、このクラッド層に隣接する活性層の
膜厚が５ｎｍ以下の場合であっても、十分な精度をもっ
てドープ量を制御することができる。
【００５８】このように、本実施例によれば、ＺｎＭｇ
ＳＳｅクラッド層中に、ＭｇとともにＳｉを含有させた
ので、Ｍｇの急峻な濃度変化が得られ、優れた性能のＤ
Ｈレーザを製造し得ることが予測される。
ＳＳｅクラッド層中に、ＭｇとともにＳｉを含有させた
ので、Ｍｇの急峻な濃度変化が得られ、優れた性能のＤ
Ｈレーザを製造し得ることが予測される。
【００５９】特に、Ｓｉ原子にメチル基が３個結合した
（Ｍｅ3 Ｓｉ−）を有する有機Ｍｇ化合物を、Ｍｇ原料
として用いるので、このＭｇを含有するクラッド層と活
性層との界面での急峻なドーピングが可能であるととも
に、クラッド層の表面における欠陥や歪みを抑制して、
優れた性能のＤＨレーザを作製することが可能となる。
（Ｍｅ3 Ｓｉ−）を有する有機Ｍｇ化合物を、Ｍｇ原料
として用いるので、このＭｇを含有するクラッド層と活
性層との界面での急峻なドーピングが可能であるととも
に、クラッド層の表面における欠陥や歪みを抑制して、
優れた性能のＤＨレーザを作製することが可能となる。
【００６０】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。実施例では、ＭＯＣＶＤ法における
Ｍｇ原料ガスとして、トリメチルシリル基を有する有機
Ｍｇ化合物を用いたが、これに限らず、Ｓｉ元素にメチ
ル基が３個結合した基（Ｍｅ3 Ｓｉ−）を有する任意の
有機Ｍｇ化合物を用いることができる。
れるものではない。実施例では、ＭＯＣＶＤ法における
Ｍｇ原料ガスとして、トリメチルシリル基を有する有機
Ｍｇ化合物を用いたが、これに限らず、Ｓｉ元素にメチ
ル基が３個結合した基（Ｍｅ3 Ｓｉ−）を有する任意の
有機Ｍｇ化合物を用いることができる。
【００６１】また、実施例で述べた化合物半導体層の材
料系は何等限定されるものではなく、仕様に応じて適宜
変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
料系は何等限定されるものではなく、仕様に応じて適宜
変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。
【００６２】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
ｐドープされた III-V族化合物半導体層、またはII−VI
族化合物半導体を含むクラッド層にＭｇとＳｉとを含有
させたことにより、信頼性を向上させた半導体レーザー
が得られる。
ｐドープされた III-V族化合物半導体層、またはII−VI
族化合物半導体を含むクラッド層にＭｇとＳｉとを含有
させたことにより、信頼性を向上させた半導体レーザー
が得られる。
【００６３】ＭＯＣＶＤ法のＭｇ原料として、Ｓｉ元素
にメチル基が３個結合した基を有する有機Ｍｇ化合物を
用いる本発明の方法は、Ｍｇドーピング量の急峻性やＭ
ｇ組成制御性に優れた化合物半導体層の成長を再現性よ
く行うことを可能にし、半導体レーザのみならず、発光
ダイオード等の化合物半導体を用いた素子の特性向上に
寄与することが予測される。
にメチル基が３個結合した基を有する有機Ｍｇ化合物を
用いる本発明の方法は、Ｍｇドーピング量の急峻性やＭ
ｇ組成制御性に優れた化合物半導体層の成長を再現性よ
く行うことを可能にし、半導体レーザのみならず、発光
ダイオード等の化合物半導体を用いた素子の特性向上に
寄与することが予測される。
【図１】ＧａＮ中にＭｇをドーピングした際における深
さ方向のＭｇ濃度プロファイルを示すグラフ図。
さ方向のＭｇ濃度プロファイルを示すグラフ図。
【図２】本発明の一実施例に係る半導体レーザーを示す
断面図。
断面図。
【図３】本発明の一実施例の製造に使用した結晶成長装
置を示す概略構成図。
置を示す概略構成図。
【図４】本発明の他の実施例に係わる半導体レーザーを
示す断面図。
示す断面図。
１０…サファイア基板 １１…ＡｌＮ第１バッファ層 １２…ＧａＮ第２バッファ層 １３…Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 １４…ＧａＮ活性層 １５…Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 １６…Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層 １７…Ａｕ／ＴｉＡｌ電極 １８…Ａｕ／Ｎｉ電極 １９…半導体レーザ ２０…試料基板 ２１…石英製の反応管 ２２…ガス導入口 ２３…ガス排気口 ２４…サセプタ ２５…高周波コイル ２６…熱電対 ３０…ＧａＡｓ基板 ３１…ＧａＡｓバッファ層 ３２…ＺｎＭｇＳＳｅクラッド層 ３３…ＺｎＳｅ活性層 ３４…クラッド層 ３５…ＡｕＧｅ電極 ３６…Ａｕ電極 ３７…半導体レーザ。
Claims (5)
- 【請求項１】 基板、 前記基板上に形成され、 III-V族化合物半導体を主成分
とする下部クラッド層、 下部クラッド層の直上に形成され、 III-V族化合物半導
体を主成分とする活性層、および活性層の直上に形成さ
れ、 III-V族化合物半導体を主成分とする上部ｐ型クラ
ッド層を有する発振波長４５０ｎｍ以下の半導体レーザ
ーにおいて、 前記上部ｐ型クラッド層中に、ＭｇとＳｉとが含有され
ていることを特徴とする半導体レーザー。 - 【請求項２】 基板、 前記基板上に形成され、Ｍｇを含有するII−VI族化合物
半導体を主成分とする下部クラッド層、 前記下部クラッド層の直上に形成され、II−VI族化合物
半導体を主成分とする活性層、および前記活性層の直上
に形成され、Ｍｇを含有するII−VI族化合物半導体を主
成分とする上部ｐ型クラッド層を有し、 前記下部クラッド層の活性層に接する側、および上部ｐ
型クラッド層の活性層に接する側の少なくとも一方にＳ
ｉが含有されていることを特徴とする半導体レーザー。 - 【請求項３】 基板上に、 III-V族化合物半導体を主成
分とする下部クラッド層を形成する工程、 前記下部クラッド層の直上に、 III-V族化合物半導体を
主成分とする活性層を形成する工程、および前記活性層
の直上に、 III-V族化合物半導体を主成分とする上部ｐ
型クラッド層を形成する工程を具備し、 前記上部クラッド層を形成する際のｐ型ドーパントガス
として、Ｍｇを含有する原料ガスとＳｉを含有する原料
ガスとを用いることを特徴とする半導体レーザーの製造
方法。 - 【請求項４】 基板上に、 III-V族化合物半導体を主成
分とする下部クラッド層を形成する工程、 前記下部クラッド層の直上に、 III-V族化合物半導体を
主成分とする活性層を形成する工程、および前記活性層
の直上に、 III-V族化合物半導体を主成分とする上部ｐ
型クラッド層を形成する工程を具備し、 前記上部クラッド層を形成する際のｐ型ドーパントガス
として、Ｓｉ原子にメチル基Ｍｅが３個結合した（Ｍｅ
3 Ｓｉ−）を有する有機Ｍｇ化合物を用いることを特徴
とする半導体レーザーの製造方法。 - 【請求項５】 基板上に、Ｍｇを含有するII−VI族化合
物半導体を主成分とする下部クラッド層を形成する工
程、 前記下部クラッド層の直上に、II−VI族化合物半導体を
主成分とする活性層を形成する工程、および前記活性層
の直上に、Ｍｇを含有するII−VI族化合物半導体を主成
分とする上部ｐ型クラッド層を形成する工程を具備し、 前記上部および下部クラッド層を形成する際のＭｇ原料
ガスとして、Ｓｉ原子にメチル基Ｍｅが３個結合した基
（Ｍｅ3 Ｓｉ−）を有する有機Ｍｇ化合物を使用するこ
とを特徴とする半導体レーザーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33042595A JP3697304B2 (ja) | 1994-12-19 | 1995-12-19 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-314901 | 1994-12-19 | ||
| JP31490194 | 1994-12-19 | ||
| JP33042595A JP3697304B2 (ja) | 1994-12-19 | 1995-12-19 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08228049A true JPH08228049A (ja) | 1996-09-03 |
| JP3697304B2 JP3697304B2 (ja) | 2005-09-21 |
Family
ID=26568105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33042595A Expired - Lifetime JP3697304B2 (ja) | 1994-12-19 | 1995-12-19 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3697304B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002050796A (ja) * | 2000-08-02 | 2002-02-15 | Rohm Co Ltd | ｐｎ接合を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置 |
| JP2006210630A (ja) * | 2005-01-28 | 2006-08-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ装置 |
| JP2011187636A (ja) * | 2010-03-08 | 2011-09-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 半導体基板熱処理装置および半導体基板熱処理装置による温度推定方法 |
| JP2018093160A (ja) * | 2016-04-20 | 2018-06-14 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
| CN114976873A (zh) * | 2021-02-25 | 2022-08-30 | 山东华光光电子股份有限公司 | 一种优化限制层掺杂的小功率AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法 |
-
1995
- 1995-12-19 JP JP33042595A patent/JP3697304B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002050796A (ja) * | 2000-08-02 | 2002-02-15 | Rohm Co Ltd | ｐｎ接合を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体装置 |
| JP2006210630A (ja) * | 2005-01-28 | 2006-08-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ装置 |
| JP2011187636A (ja) * | 2010-03-08 | 2011-09-22 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | 半導体基板熱処理装置および半導体基板熱処理装置による温度推定方法 |
| JP2018093160A (ja) * | 2016-04-20 | 2018-06-14 | Ｄｏｗａエレクトロニクス株式会社 | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
| CN114976873A (zh) * | 2021-02-25 | 2022-08-30 | 山东华光光电子股份有限公司 | 一种优化限制层掺杂的小功率AlGaInP红光半导体激光器及其制备方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3697304B2 (ja) | 2005-09-21 |
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