專利名稱：半導體層及其制造方法以及激光器二極管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低電阻半導體層及其制造方法，以及包括該低電阻半導體層的激光器二極管及其制造方法。
背景技術(shù)：
過去，人們已經(jīng)知道了這樣的現(xiàn)象在ρ型半導體晶體材料中，通過鍵合氫原子與 P型雜質(zhì)，使P型雜質(zhì)失去活性并降低載流子濃度。載流子濃度的降低導致高的電阻，并且 由于在運行時產(chǎn)生的熱而導致壽命降低，即降低了可靠性。在生長后降低溫度時結(jié)合氫使 得難于實現(xiàn)長期穩(wěn)定的激光器運行。ρ型雜質(zhì)失去活性是由這樣的情況引起的在生長后降低溫度時由砷化氫(AsH3) 產(chǎn)生的氫基(hydrogen radical)被引入了晶體(見日本專利No. 3553147)。因此，為了獲 得所希望的載流子濃度，半導體應當摻雜超過需要的雜質(zhì)。然而，如果半導體摻雜了超過需 要的雜質(zhì)，則雜質(zhì)將擴散到有源層中，或者P型半導體中的晶體缺陷將增加。結(jié)果，存在激 光器可靠性受損的問題。已經(jīng)提出了幾種抑制ρ型雜質(zhì)失去活性的方法。例如，在日本專利No. 3553147中， 提出了將生長后降低溫度時提供的AsH3改變?yōu)橛袡CV族(TMAs或TBA等)的方法。在該 方法中，當混合氫時，通過在生長后降溫時采用不產(chǎn)生氫基的有機V族原料來代替AsH3，能 夠抑制P型雜質(zhì)失去活性。在日本特開第2000-316000號公報中也描述了類似的方法。在 日本特開第2000-316000號公報中，為了防止來自AsH3的氫結(jié)合，在生長后降溫時采用氮 來代替有機V族。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在前述方法中，需要附加的原料并改變氣體等。此外，大部分文件將AlGaInP 基材料作引證為使雜質(zhì)失去活性的材料。然而，如果采用其他材料(如AlGaAs基材料)，也 可能導致雜質(zhì)失去活性?？紤]到上述情況，在本發(fā)明中，所希望的是提供能夠以簡單的方法抑制雜質(zhì)失去 活性的半導體層制造方法、抑制雜質(zhì)失去活性的半導體層、能夠以簡單的方法抑制雜質(zhì)失 去活性的激光器二極管制造方法以及包括抑制雜質(zhì)失去活性的半導體層的激光器二極管。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了半導體層的制造方法，其中在通過采用AsH3的外延 生長形成半導體層后，當工藝溫度為500°C以上時停止提供AsH3且不另外提供新的氣體。在根據(jù)本發(fā)明實施例的制造半導體層的方法中，在工藝溫度為500°C以上時停止 提供AsH3。就是說，在ASH3分解沒有停止的溫度條件下停止提供ASH3。因此，與在AsH3分 解停止的溫度條件下停止提供AsH3的情況相比，能夠減少保留在半導體層中的氫比率。此 夕卜，在停止提供AsH3時，沒有另外提供新的氣體。因此，不需要附加的原料和轉(zhuǎn)換氣體等。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所提供的半導體層包括P型層疊體，該P型層疊體通過交替 層疊Al組分為0. 9以上的第一 P型半導體層和Al組分小于第一 P型半導體層的Al組分的第二 P型半導體層來構(gòu)造。包含在P型半導體層中的P型雜質(zhì)的活化率為80%以上。在根據(jù)本發(fā)明實施例的半導體層中，p型雜質(zhì)的活化率為80%以上。就是說，幾乎 很難表現(xiàn)出因氫基而導致的P型雜質(zhì)失去活性。因此，獲得了高的載流子濃度并具有少的 晶體缺陷，并且獲得了低的電阻值。在現(xiàn)有技術(shù)的制造方法(摻雜大量的摻雜劑，或者晶體 生長后降溫時在AsH3分解停止的溫度條件下停止提供ASH3)中，不能實現(xiàn)這樣的高活化率。 為了實現(xiàn)這樣的高活化率，必須采用后述的制造方法。在該方法中，在通過采用AsH3的外延 生長形成半導體層后，當工藝溫度為500°C以上時停止提供AsH3且不另外提供新的氣體。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所提供的制造激光器二極管的方法包括形成層疊結(jié)構(gòu)的形 成步驟，該層疊結(jié)構(gòu)依次包括n型半導體層、有源層和p型半導體層。在該形成步驟中，在 通過采用AsH3和包含p型雜質(zhì)元素的第一原料氣體的外延生長而形成p型半導體層后，當 工藝溫度為500°C以上時停止提供AsH3且不另外提供新的氣體。在根據(jù)本發(fā)明實施例的制造激光器二極管的方法中，當工藝溫度為500°C以上時 停止提供AsH3。就是說，在解沒有停止的溫度條件下停止提供ASH3。因此，與在ASH3 分解停止的溫度條件下停止提供AsH3的情況相比，能夠減少保留在半導體層中的氫比率。 此外，在停止提供AsH3時，沒有另外提供新的氣體。因此，不需要附加的原料和轉(zhuǎn)換氣體等。根據(jù)本發(fā)明的實施例，所提供的激光器二極管依次包括n型半導體層、有源層、以 及P型半導體層。P型半導體層的結(jié)構(gòu)為交替層疊A1組分為0. 9以上的第一 p型半導體層 和A1組分小于第一 p型半導體層的A1組分的第二 p型半導體層。包含在p型半導體層中 的P型雜質(zhì)的活化率為80%以上。在根據(jù)本發(fā)明實施例的激光器二極管中，p型雜質(zhì)的活化率為80%以上。就是說， 幾乎很難表現(xiàn)出因氫基而導致p型雜質(zhì)失去活性。因此，獲得了高的載流子濃度并具有少 的晶體缺陷，并且獲得了低的電阻值。在現(xiàn)有技術(shù)的制造方法(摻雜大量的摻雜劑，或者晶 體生長后降溫時在AsH3分解停止的溫度條件下停止提供ASH3)中，不能實現(xiàn)這樣的高活化 率。為了實現(xiàn)這樣的高活化率，必須采用后述的制造方法。在該方法中，在通過采用AsH3的外 延生長形成半導體層后，當工藝溫度為500°C以上時停止提供AsH3且不另外提供新的氣體。根據(jù)本發(fā)明實施例的制造半導體層的方法和制造激光器二極管的方法，降低了保 留在半導體層中的氫比率。因此，能夠抑制因氫基而導致的雜質(zhì)失去活性。此外，僅通過停 止提供AsH3來抑制因氫基導致的雜質(zhì)失去活性，而沒有另外提供新的氣體。因此，在本發(fā) 明的實施例中，能夠通過簡單的方法抑制雜質(zhì)失去活性。如果在工藝溫度在500°C以上且700°C以下的范圍中的情況下停止提供AsH3，則能 夠減小As去除引起的表面粗糙化。根據(jù)本發(fā)明實施例的半導體層和激光器二極管，雜質(zhì)的活化率為80%以上，并且 幾乎很難表現(xiàn)出因氫基而導致的p型雜質(zhì)失去活性。此外，能夠通過前述的簡單方法獲得 這樣的高活化率。因此，能夠通過簡單的方法獲得幾乎很難表現(xiàn)出因氫基而導致P型雜質(zhì) 失去活性的半導體層以及包括這樣的半導體層的激光器二極管。通過下面的描述，本發(fā)明的其他及進一步的目標、特征和優(yōu)點將更加明顯易懂。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的激光器二極管的截面圖。
圖2是圖1的上DBR層和電流窄化層的截面圖。
圖3A和3B是說明圖1的激光器二極管的制造方法的截面圖。圖4是說明圖3A和3B的后續(xù)工藝的截面圖。圖5是圖解圖3A和3B的工藝中的溫度變化的示意圖。圖6是圖解該實施例的激光器二極管和根據(jù)比較示例的激光器二極管的光輸出 的長期可靠性的示意圖。
具體實施例方式在下文，將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。以下面的順序給出描述1.構(gòu)造2.制造方法3.作用與效果1.構(gòu)造圖1圖解了根據(jù)本發(fā)明實施例的垂直腔面發(fā)射的截面構(gòu)造。圖1是示意圖，因此激 光器1的尺寸和形狀與實際的尺寸和實際的形狀不同。激光器二極管1包括層疊結(jié)構(gòu)20， 在該層疊結(jié)構(gòu)20中在襯底10的一個表面?zhèn)壬弦来螌盈B下DBR層11、下間隔層12、有源層 13、上間隔層14和上DBR層15。層疊結(jié)構(gòu)20對應于本發(fā)明的"層疊結(jié)構(gòu)"的具體示例。 層疊結(jié)構(gòu)20的上部分，具體地講，部分下DBR層11、下間隔層12、有源層13、上間隔層14和 上DBR層15構(gòu)造為寬度例如約為40 μ m的柱形臺16。此外，激光器二極管1包括臺16中 的電流窄化層(current narrowing layer) 17，例如，在下DBR層11中、在下DBR層11和下 間隔層12之間、在上間隔層14和上DBR層15之間或者在上DBR層15中。圖1示例了電 流窄化層17提供在上DBR層15中的情況。襯底10例如為η型GaAs襯底。η型雜質(zhì)的示例包括硅(Si)和硒(Se)。下DBR層 11具有層疊結(jié)構(gòu)，在該層疊結(jié)構(gòu)中例如交替層疊低折射系數(shù)層(未示出)和高折射系數(shù)層 (未示出)。低折射系數(shù)層例如由光學厚度為λ/4(λ為振蕩波長)的η型AlxlGai_xlAs (0 < Xl < 1)組成。高折射系數(shù)層例如由光學厚度為λ /4的η型Alx2Gai_x2AS (0 < x2 < xl) 組成。下DBR層11對應于本發(fā)明的"η型半導體層"的具體示例。下間隔層12例如由Alx3Gai_x3AS (0 < χ3 < 1)組成。有源層13例如由GaAs基材 料組成。有源層13包括發(fā)光區(qū)域13Α，位于與后述的電流注入?yún)^(qū)域17Β相對的區(qū)域中。上 間隔層14例如由Alx4Gai_x4AS (0 < χ4 < 1)組成。希望下間隔層12、有源層13和上間隔層 14不包含雜質(zhì)，但是其中也可以包含ρ型或η型雜質(zhì)。例如，如圖2所示，上DBR層15具有層疊結(jié)構(gòu)，在該層疊結(jié)構(gòu)中交替層疊低折 射系數(shù)層15Α和高折射系數(shù)層15Β。低折射系數(shù)層15Α例如由光學厚度為λ/4的ρ 型Alx5Gai_x5AS (0 < χ5 < 1)組成。高折射系數(shù)層15Β例如由光學厚度為λ/4的ρ型 Al (0 < χ6 < χ5)組成。ρ型雜質(zhì)的示例包括碳(C)、鎂(Mg)和鋅(Zn)。上DBR層 15對應于本發(fā)明的"ρ型層疊體"和"半導體層"的具體示例。此外，低折射系數(shù)層15Α 對應于本發(fā)明的"第一 P型半導體層"的具體示例，并且高折射系數(shù)層15Β對應于本發(fā)明 的"第二 P型半導體層"的具體示例。為了獲得上DBR層15的高反射率，低折射系數(shù)層15Α和高折射系數(shù)層15Β之間的折射系數(shù)差優(yōu)選為較大。例如，在低折射系數(shù)層15A和高折射系數(shù)層15B由AlGaAs組成 的情況下，優(yōu)選低折射系數(shù)層15A的Al組分為0. 9以上，并且高折射系數(shù)層15B的Al組 分約為0. 1。具體地講，優(yōu)選低折射系數(shù)層15A由Ala9GaaiAs組成，高折射系數(shù)層15B由 Alai2Gaa88As組成。高折射系數(shù)層15B的Al組分的優(yōu)選值在有源層13產(chǎn)生的光不被吸收 的范圍內(nèi)。例如，如圖2所示，電流窄化層17具有在從臺16的側(cè)面至給定深度的區(qū)域中的電 流窄化區(qū)域17A，并具有在電流窄化區(qū)域17A之外的區(qū)域(臺16的中心區(qū)域)中的電流注入 區(qū)域17B。電流注入?yún)^(qū)域17B例如包含ρ型Alx7Ga1^x7As (x5 < x7彡1)。電流窄化區(qū)域17A 例如包含Al2O3 (氧化鋁)。電流窄化區(qū)域17A通過從側(cè)面氧化包含在被氧化層(oxidized layer) 17D中的高濃度的Al而形成，將在后面描述。因此，電流窄化層17具有使電流變窄 的功能。在電流窄化層17提供在上DBR層15中的情況下(如圖1和圖2所示)，電流窄化 層17提供為替代低折射系數(shù)層15A，該被替代的低折射系數(shù)層15A的位置與有源層13側(cè)相 距給定的距離。在包括與電流注入?yún)^(qū)域17B相對的區(qū)域的區(qū)域中具有孔(出光孔)18A的環(huán)形上 電極18形成在臺16的頂面(上DBR層15的頂面)上。保護膜(未示出)形成在臺16的 側(cè)面以及周圍表面上。在襯底10的背面上，提供下電極19。上電極18的結(jié)構(gòu)為例如依次層疊金(Au)和鍺(Ge)的合金、鎳(Ni)以及金(Au)。 上電極18電連接到臺16的頂面。下電極19的結(jié)構(gòu)為例如從襯底10側(cè)開始依次層疊Au 和Ge的合金、Ni以及Au。下電極19電連接到襯底10。保護膜由諸如氧化物和氮化物的 絕緣材料制作。在該實施例中，包含在上DBR層15中的ρ型雜質(zhì)的活化率為80%以上。就是說， 幾乎不表現(xiàn)出因后述的氫基引起的P型雜質(zhì)失去活性。因此，在上DBR層15中，載流子濃 度高，而電阻值低。在現(xiàn)有技術(shù)的制造方法中(進行大量摻雜劑的摻雜，或者晶體生長后降 溫時在AsH3的分解停止的溫度條件下停止提供AsH3)不可能實現(xiàn)這樣的高活化率。為了實 現(xiàn)這樣的高活化率，必須采用后述的制造方法。下面將給出該方法的詳細描述。2.制造方法圖3A、3B和4圖解了依步驟的制造方法。圖3A、3B和4圖解了制造工藝過程中的 器件的截面結(jié)構(gòu)。 在該方法中，通過MOCVD (金屬有機化學氣相沉積)法在η型GaAs襯底上形成化 合物半導體層。此時，作為III-V族化合物半導體的原料，例如采用三甲基鋁(TMA)、三甲基 鎵(TMG)、三甲基銦(TMIn)或砷化氫(AsH3)。作為η型雜質(zhì)的原料，例如采用H2Se。作為ρ 型雜質(zhì)的原料，例如采用三甲基鋅(DMZ)。首先，下DBR層11、下間隔層12、有源層13、上間隔層14和上DBR層15依次層疊在 襯底10上(圖3Α)。此時，例如被氧化層17D形成在上DBR層15內(nèi)的給定的位置上。被氧 化層17D是在后續(xù)的氧化步驟中通過氧化而變 為電流窄化層17的層，并且例如包含AlAs。接下來，在上DBR層15的整個頂面上形成光致抗蝕劑。此后，提供光刻和顯影工 藝，由此形成具有與臺16的直徑相同的直徑的圓形抗蝕劑層(未示出)。接下來，例如采用 該抗蝕劑層作為掩模并例如通過反應離子蝕刻(RIE)法，進行選擇性蝕刻以至少向下達到 到下DBR層11上部的深度，從而形成柱狀臺16 (圖3B)。
接下來，在水蒸汽氣氛下進行高溫氧化處理，以從臺16的側(cè)面選擇性氧化被氧化 層17D (圖4)。因此，在被氧化層17D中，從側(cè)面到給定深度的區(qū)域變?yōu)榘趸X的氧化 區(qū)域(絕緣區(qū)域)，以變?yōu)殡娏髡瘏^(qū)域17A。比電流窄化區(qū)域17A深的區(qū)域變?yōu)榉茄趸瘏^(qū) 域，以變?yōu)殡娏髯⑷雲(yún)^(qū)域17B。從而，形成電流窄化層17。接下來，在臺16的頂面上形成環(huán)形上電極18，并在臺16的側(cè)面和周邊表面上形成 保護膜。此外，在襯底10的背面上形成下電極19。從而，制作得到該實施例的激光器二極管1。在該實施例的制造方法中，通過外延生長形成上DBR層15。在完成晶體生長后，在 過渡到后續(xù)步驟的時間，進行下面的工藝。圖5圖解了在襯底10上形成下DBR層11至上DBR層15的形成工藝A與作為過 渡到后續(xù)步驟的過渡工藝B的溫度變化示例。在形成工藝A中，例如，在通過外延生長形成上DBR層15的情況下，首先，工藝溫 度設定到給定的溫度(例如，600°C以上)，并且實現(xiàn)腔室中的H2氣氛。隨后，例如，作為A1 原料氣體的TMA(第二原料氣體)、作為Ga原料氣體的TMG、作為As原料氣體的AsH3以及 作為P型雜質(zhì)原料氣體的DMZ(第一原料氣體)分別以給定的流速流入吐氣氛中。結(jié)果， 形成層疊體(上DBR層15)，在該層疊體中交替層疊包含As且A1組分為0. 9以上的p型半 導體層(低折射系數(shù)層15A)和A1組分小于低折射系數(shù)層15A的A1組分的p型半導體層 (高折射系數(shù)層15B)。在如上所述形成上DBR層15后，在完成晶體生長時(圖中的時間、)，例如，停止 提供TMA、TMG和DMZ，開始降低工藝溫度(腔室中的設定溫度)(降溫)，以變化到過渡工藝 B。例如，通過關(guān)斷晶體生長時采用的加熱器(未示出)來降溫。在工藝溫度為500°C以上時，停止提供AsH3。此時，并不另外提供替代ASH3的新氣 體，例如有機As或氮等。就是說，停止提供AsH3而沒有另外提供新的氣體。停止提供AsH3的時間取決于完成晶體生長時的工藝溫度。在時間、時的工藝溫 度在500°C以上且700°C以下的范圍中(例如，600°C)的情況下，可以在例如完成晶體生長 的同時停止提供AsH3。此外，在時間、時的工藝溫度在500°C以上且700°C以下的范圍中 (例如，600°C )的情況下，可以在從工藝溫度開始降低到工藝溫度變?yōu)榈陀?00°C的時間段 停止提供AsH3。就是說，在時間、時的工藝溫度在500°C以上且700°C以下的范圍中(例 如，600°C)的情況下，可以在開始降溫或者在降溫的過程中同時停止提供AsH3。此外，在 時間、時的工藝溫度超過700°C的情況下，可以在從工藝溫度開始降低到工藝溫度降低到 500°C以上且700°C以下的范圍中(例如，600°C)的時間段停止提供AsH3。接下來，將描述在停止提供AsH3時將工藝溫度范圍設定到500°C以上且700°C以 下的原因。如果工藝溫度足夠高，具體地為500°C以上，則AsH3分解成As和氫基。因此，氣 相中的As壓被施加給晶體表面。因此，通過在晶體生長后提供AsH3，As從上DBR層15去 除，并且能夠防止發(fā)生表面粗糙化。然而，在工藝溫度在500°C以上且700°C以下的范圍中 的情況下，即使氣相中的As不存在，從上DBR層15去除As的比率也將降低。因此，在工藝 溫度在前述范圍內(nèi)的情況下，即使晶體生長后不提供AsH3，也能夠?qū)⒂捎贏s去除而導致的 表面粗糙化抑制到使所得到的結(jié)構(gòu)允許用作器件的程度。在工藝溫度遠超過700°C的情況 下，如果氣相中不存在As，則As從晶體表面去除顯著，并且產(chǎn)生的表面粗糙化到使所得到的結(jié)構(gòu)不允許用作器件的程度。因此，在停止提供AsH3時，工藝溫度優(yōu)選為700°C以下。此外，如上所述，在工藝溫度在500°C以上且700°C以下的范圍中的情況下，
解成As和氫基。因此，在工藝溫度在前述范圍中的情況下，當提供AsH3，氫基反復地進出晶 體。然而，在工藝溫度變?yōu)?00°C以下的情況下，不僅AsH3的分解停止，而且晶體中的氫基 不排出晶體而是保留在晶體中。就是說，在工藝溫度變?yōu)?00°C以下時提供AsH3的情況下， 增加了晶體中的氫濃度。因此，通過鍵合氫原子與P型雜質(zhì)而失去活性的P型雜質(zhì)增加，并 且載流子濃度降低。因此，增加了上DBR層15的電阻，并且由于運行時產(chǎn)生的熱而導致壽 命降低。如上所述，晶體中的氫濃度增加導致激光器二極管1的可靠性降低。因此，在停止 提供AsH3時，工藝溫度優(yōu)選為500°C以上。從而，鑒于由As去除導致的表面粗糙化和可靠性降低，發(fā)現(xiàn)優(yōu)選在工藝溫度在 500°C以上且700°C以下的范圍中時停止提供AsH3。此外，停止提供AsH3時的工藝溫度優(yōu)選根據(jù)上DBR層15中的A1組分而變化。具 體地講，停止提供AsH3時的工藝溫度優(yōu)選根據(jù)在上DBR層15主要包括的半導體層中具有 最大A1組分的層的A1組分大小而變化。例如，將對上DBR層15具有如下結(jié)構(gòu)的情況給出 描述，其中在上DBR層15中交替層疊A1組分為0. 9以上的低折射系數(shù)層15A和A1組分小 于低折射系數(shù)層15A的高折射系數(shù)層15B。在此情況下，優(yōu)選在適合于低折射系數(shù)層15A的 A1組分0. 9的工藝溫度(例如，600°C以上且700°C以下)停止提供AsH3。因為氫基易于 在低溫(例如，600°C )下殘留在晶體中，所以當A1組分大時，優(yōu)選停止提供AsH3的工藝溫 度尚。在某些情況下，電流窄化層17提供在上DBR層15中。然而，在此情況下，電流窄 化層17在上DBR層15中所占的比率極小，而且電流窄化層17的影響極小。因此，在此情 況下，即使組成電流窄化層17的材料的A1組分大于低折射系數(shù)層15A的A1組分，低折射 系數(shù)層15A的A1組分也優(yōu)選用作考慮停止提供AsH3時采用的A1組分。接下來，將描述通過上述制造方法能夠抑制晶體中的氫結(jié)合的程度。通過測量晶 體中的載流子濃度能夠知道氫結(jié)合的程度。下面情況1和2中描述的載流子濃度是在停止提供AsH3時的工藝溫度為600°C的 情況下的測量值。下面情況3和4中描述的載流子濃度是在停止提供AsH3時的工藝溫度為 400°C的情況下的測量值。此外，下面情況1和3中描述的載流子濃度是在p型Ala3Gaa7AS 和p型GaAs依次形成在GaAs襯底上的情況下p型Ala3Ga(1.7AS的載流子濃度。下面情況 2和4中描述的載流子濃度是在p型Ala9GaaiAS和p型GaAs通過采用前述方法依次形成 在GaAs襯底上的情況下p型AluGa^As的載流子濃度。在下面所有的情況1至4中，包 含C的原料氣體(CB4)用作p型雜質(zhì)。在下面的情況1和3中CB4的流速為300sCCm，而在 下面的情況2和4中CB4的流速為lOOsccm。下面的情況2和4中描述的C濃度通過采用 SIMS (二次離子質(zhì)譜)測量晶體中混合的C的濃度(包括活性和失去活性二者的濃度)而 獲得。 由該結(jié)果可見，在停止提供々勸3時的工藝溫度為600°C的情況下，晶體中的載流子 濃度遠大于停止提供AsH3時的工藝溫度為400°C的情況。從而，發(fā)現(xiàn)與停止提供ASH3時的 工藝溫度為400°C的情況相比，在停止提供AsH3時的工藝溫度為600°C的情況下能更有效 地抑制氫結(jié)合到晶體中。此外，由前述結(jié)果可見，包含在AluG^As中的C的活化率(= (載流子濃度/C濃度)X 100)在情況2為80 %，而在情況4為52 %。實際上，在情況2中 存在活化率為90%或100%的樣品。在情況2中，可以推定活化率的下限為80%。此外， 在情況4中，不存在活化率超過52%的樣品。因此，可以推定在情況4中活化率的上限為 52%。接下來，將描述通過上述制造方法改善激光器二極管1的長期可靠性的程度。通 過觀察注入到激光器二極管1中的電功率隨時間的改變，可以知道長期可靠性的改善程度。圖6圖解了注入到激光器二極管1中的電功率隨時間的改變。圖6中的實線表示 停止提供AsH3時的工藝溫度為600°C的情況，而圖6中的虛線表示停止提供ASH3時的工藝 溫度為400°C的情況。由圖6可見，在停止提供AsH3時的工藝溫度為600°C的情況下，激光 器二極管1中的注入電功率幾乎不變，并且長期穩(wěn)定性明顯合適。同時，發(fā)現(xiàn)在停止提供 AsH3時的工藝溫度為400°C的情況下，激光器二極管1中的注入電功率急劇下降，并且長期 可靠性明顯很低。幾乎在停止提供々勸3時的工藝溫度為解停止的溫度(在500°C 下)的所有的情況下都顯示出圖6中的虛線所示的趨勢。從而，與停止提供々勸3時的工藝 溫度為解停止的溫度(在500°C下)的情況相比，在停止提供々州3時的工藝溫度為 600°C的情況下激光器二極管1的長期可靠性高。3.作用與效果在該實施例的激光器二極管1中，在上電極18和下電極19之間施加給定的電壓 的情況下，電流經(jīng)由電流注入?yún)^(qū)域17B注入到有源層13，因此由于電子-空穴復合而產(chǎn)生 光。這樣的光被成對的下DBR層11和上DBR層15反射。產(chǎn)生給定波長的激光振蕩，并且 從上電極18的出光孔18A出射作為激光束的光。在該實施例的激光器二極管1中，包含在上DBR層15中的p型雜質(zhì)的活化率為 80%以上。就是說，幾乎很難出現(xiàn)由于氫基而導致的p型雜質(zhì)失去活性。因此，獲得了高的 載流子濃度并具有很少的晶體缺陷，并且獲得了低的電阻值。在現(xiàn)有技術(shù)的制造方法(摻 雜大量摻雜劑，或者晶體生長后降溫時在ASH3分解停止的溫度條件下停止提供ASH3)中，不能實現(xiàn)這樣的高活化率。而通過前述簡單的方法能夠獲得這樣的高活化率。從而，以簡單 的方法就能夠獲得幾乎不表現(xiàn)出因氫基導致的P型雜質(zhì)失去活性的上DBR層15和包括這 樣的上DBR層15的激光器二極管1。此外，在該實施例的制造激光器二極管1的方法中，工藝溫度為500°C以上時停止 提供AsH3。就是說，在ASH3分解不停止的溫度條件下停止提供ASH3。因此，與在ASH3分解 停止的溫度條件下停止提供AsH3的情況相比，能夠降低保留在上DBR層15中的氫比率。因 此，能夠抑制因氫基而導致的雜質(zhì)失去活性。因此，能夠獲得高的載流子濃度，并且能夠獲 得低的電阻值。此外，在停止提供々勸3時，并不另外提供新的氣體。因此，不需要附加的原 料和轉(zhuǎn)換氣體等。從而，在該制造方法中，通過簡單的方法就能夠抑制雜質(zhì)失去活性。盡管前面已經(jīng)參考實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明并不局限于前述實施 例，而是可以進行各種修改。例如，在前述的實施例中，已經(jīng)描述了本發(fā)明應用于主要包含p型AlGaAs的上DBR 層15的情況。然而，顯然本發(fā)明可以應用于主要包含出現(xiàn)因氫基而導致p型雜質(zhì)失去活性 的材料的半導體層。本發(fā)明包含2009年4月14日提交至日本專利局的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP 2009-098020中公開的相關(guān)主題事項，其全部內(nèi)容通過弓|用結(jié)合于此。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應當理解的是，在所附權(quán)利要求或其等同方案的范圍內(nèi)，根據(jù) 設計需要和其他因素，可以進行各種修改、結(jié)合、部分結(jié)合和替換。
權(quán)利要求
一種半導體層的制造方法，其中在通過采用AsH3的外延生長形成半導體層之后，當工藝溫度為500℃以上時停止提供AsH3且不另外提供新的氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體層的制造方法，其中開始降溫的同時停止提供AsH3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體層的制造方法，其中在降溫期間停止提供AsH3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體層的制造方法，其中當所述工藝溫度在500°C以上且 700°C以下的范圍中時停止提供AsH3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導體層的制造方法，其中作為所述半導體層，通過采用 AsH3和包含ρ型雜質(zhì)元素的第一原料氣體的外延生長形成包含As的ρ型半導體層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導體層的制造方法，其中作為所述ρ型半導體層，通過采 用AsH3、所述第一原料氣體和包含Al的第二原料氣體的外延生長形成包括含As的第一半 導體層的層疊體，所述第一半導體層中的Al組分為0.9以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導體層的制造方法，其中當所述工藝溫度在600°C以上且 700°C以下的范圍中時停止提供AsH3。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導體層的制造方法，其中所述層疊體的結(jié)構(gòu)為交替層疊所 述第一半導體層和Al組分小于所述第一半導體層的Al組分的第二半導體層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導體層的制造方法，其中在所述層疊體中所述ρ型雜質(zhì)的 活化率為80%以上。
10.一種半導體層，包括ρ型層疊體，所述ρ型層疊體交替地包括Al組分為0. 9以上的 第一 P型半導體層和Al組分小于所述第一 P型半導體層的Al組分的第二 P型半導體層， 其中P型雜質(zhì)的活化率為80%以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導體層，其中在通過采用AsH3、包含ρ型雜質(zhì)元素的第 一原料氣體和包含Al的第二原料氣體的外延生長而交替形成所述第一 ρ型半導體層和所 述第二 P型半導體層后，當工藝溫度為500°C以上時停止提供AsH3且不另外提供新的氣體， 由此形成所述P型層疊體。
12.一種激光器二極管的制造方法，包括形成層疊結(jié)構(gòu)的形成步驟，所述層疊結(jié)構(gòu)依次包括η型半導體層、有源層和ρ型半導體 層，其中在所述形成步驟中，在通過采用AsH3和包含ρ型雜質(zhì)元素的第一原料氣體的外延生長 而形成所述P型半導體層后，當工藝溫度為500°C以上時停止提供AsH3且不另外提供新的 氣體。
13.—種激光器二極管，依次包括η型半導體層；有源層；和P型半導體層，其中所述P型半導體層的結(jié)構(gòu)為交替層疊Al組分為0. 9以上的第一 ρ型半導體層和Al組 分小于所述第一 P型半導體層的Al組分的第二 ρ型半導體層，其中ρ型雜質(zhì)的活化率為 80%以上。
全文摘要
本發(fā)明提供半導體層及其制造方法以及激光器二極管及其制造方法。本發(fā)明提供能夠通過簡單的方法抑制雜質(zhì)失去活性的半導體層制造方法、抑制雜質(zhì)失去活性的半導體層、能夠通過簡單的方法抑制雜質(zhì)失去活性的激光器二極管制造方法以及包括抑制雜質(zhì)失去活性的半導體層的激光器二極管。在制造半導體層的方法中，在通過采用AsH3的外延生長形成半導體層后，當工藝溫度為500℃以上時停止提供AsH3且不另外提供新的氣體。
文檔編號H01S5/323GK101867156SQ201010158570
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者城岸直輝, 荒木田孝博 申請人:索尼公司