JP4517653B2 - 光半導体デバイス - Google Patents

Description

本発明は、光半導体デバイスに関する。

文献１(特開平９−２１４０４５号公報)には、半導体レーザが記載されている。この半導体レーザは、活性層を含むメサストライプを埋め込む様にＦｅドープＩｎＰ埋め込み層を設けると共に、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層とメサストライプとの間にＦｅ拡散防止層を設ける。Ｆｅ拡散防止層によって、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層の抵抗率の低下を防止するとともに、ｐ型ＩｎＰ層の不純物濃度の低下を防止する。

文献２(特開平８−２５５９５０号公報)には、埋め込み型半導体レーザが記載されている。埋め込み型半導体レーザは、ＩｎＰ基板上に形成された量子井戸活性層を含むメサ部と、このメサ部の側面を埋め込む埋め込み部とを備えた半導体レーザにおいて、埋め込み部では、ｐ−ＩｎＰ層と、ＩｎＰよりもバンドギャップの大きいＩｎＧａＡｌＡｓ層と、半絶縁性のＩｎＰ層と、ｎ−ＩｎＰ層とが順に設けられている。この埋め込み型半導体レーザは、半絶縁性ＩｎＰ層の抵抗率を高く保ち、漏れ電流が小さく、高出力まで動作可能となる。

文献３(特開２００１−３５２１３１号公報)には、半絶縁埋設リッジ構造が記載されている。半絶縁埋設リッジ構造では、複数のＩｎＡｌＡｓ及び／又はＩｎＧａＡｌＡｓ層を用い、クラッド層と活性層との間と、電流阻止層と活性層との間の直接接触を防ぐ。
特開平９−２１４０４５号公報 特開平８−２５５９５０号公報 特開２００１−３５２１３１号公報

これらの文献に記載された半導体素子では、ｐ型の導電型の不純物として、拡散係数の大きい亜鉛元素が用いられる。また、埋め込み領域とメサストライプとの間に、埋め込み領域がメサストライプに接触することを防止する半導体層（以下、拡散防止層と呼ぶ）を設けている。この拡散防止層によれば、ｐ型の導電型の不純物と鉄元素との相互拡散が低減される。

これらの素子において用いられている半導体素子は、必然的に拡散防止層を必要としている。しかしながら、拡散防止層を用いることの無い光半導体デバイスが求められている。

そこで、本発明は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、ｐ型の導電型の不純物と鉄原子との相互拡散が低減される光半導体デバイスを提供することを目的としている。

本発明の一側面によれば、光半導体デバイスは、（ａ）基板上に設けられた半導体メサと、（ｂ）前記基板上に設けられ前記半導体メサを埋め込む埋め込み領域とを備え、前記半導体メサは、第１のクラッド層、第２のクラッド層および活性層を含んでおり、前記活性層は、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられており、前記埋め込み領域は、少なくとも鉄元素が添加された半導体層を含んでおり、前記第１のクラッド層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることを特徴とする。この光半導体デバイスは、前記第１のクラッド層および前記埋め込み領域上に設けられた第３のクラッド層をさらに備えることができる。前記第３のクラッド層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることを特徴とする。

この光半導体デバイスの第１のクラッド層には炭素元素が添加されており埋め込み層には鉄元素が添加されているので、炭素元素および鉄元素の相互拡散が低減される。第１のクラッド層のキャリア濃度が小さくならない。また、埋め込み領域内の鉄が添加された半導体層の抵抗が低下することを抑えることができる。さらに、第１のクラッド層の抵抗が上昇することを抑えることができる。

本発明の別の側面によれば、光半導体デバイスは、（ａ）基板上に設けられた半導体メサと、（ｂ）前記基板上に設けられ前記半導体メサを埋め込む埋め込み領域とを備え、前記半導体メサは、第１のクラッド層、第２のクラッド層および活性層を含んでおり、前記活性層は、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられており、前記埋め込み領域は、少なくとも鉄元素が添加された半導体層を含んでおり、前記活性層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体の領域を有することを特徴とする。この光半導体デバイスは、前記第１のクラッド層および前記埋め込み領域上に設けられた第３のクラッド層をさらに備えることができる。前記第３のクラッド層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることを特徴とする。

この光半導体デバイスの活性層は炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体の領域を含んでいるので、炭素元素および鉄元素の相互拡散が低減される。このIII−Ｖ化合物半導体領域のキャリア濃度が小さくならない。また、埋め込み領域の抵抗が低下することを抑えることができる。さらに、III−Ｖ化合物半導体領域の抵抗が上昇することを抑えることができる。この光半導体デバイスでは、活性層が、炭素元素が添加された半導体領域を含むので、光半導体デバイスの特性を改善することができる。

本発明の更なる別の側面によれば、光半導体デバイスは、（ａ）基板上に設けられた半導体メサと、（ｂ）前記基板上に設けられ前記半導体メサを埋め込む埋め込み領域とを備え、前記半導体メサは、第１のクラッド層、第２のクラッド層、光閉じ込め層および活性層を含んでおり、前記活性層は、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられており、前記埋め込み領域は、少なくとも鉄元素が添加された半導体層を含んでおり、前記光閉じ込め層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることを特徴とする。この光半導体デバイスは、前記第１のクラッド層および前記埋め込み領域上に設けられた第３のクラッド層をさらに備えることができる。前記第３のクラッド層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることを特徴とする。

この光半導体デバイスの光閉じ込め層には炭素元素が添加されており埋め込み層には鉄元素が添加されているので、炭素元素および鉄元素の相互拡散が低減される。光閉じ込め層のキャリア濃度が小さくならない。また、埋め込み領域の抵抗が低下することを抑えることができる。さらに、光閉じ込め層の抵抗が上昇することを抑えることができる。この炭素元素が添加された光閉じ込め層によれば、光半導体デバイスの特性を改善することができる。

本発明の光半導体デバイスでは、前記埋め込み領域の前記半導体層はＩｎＰ半導体から成ることが好ましい。

この光半導体デバイスの半導体層には炭素元素が添加されているので、鉄元素が添加されたＩｎＰ半導体領域の抵抗が低下することを抑えることができる。

ＩｎＰ半導体に炭素元素を添加した場合は、ｎ導電型を示す。しかし、本発明のように、ヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体に不純物として炭素元素を添加した場合、炭素元素はｐ型の導電型を示す。この炭素元素は、従来ｐ型導電型の不純物として用いられている亜鉛（Ｚｎ）元素に比較して、拡散係数が著しく小さい。

本発明の光半導体デバイスでは、前記III−Ｖ化合物半導体はＡｌＧａＩｎＡｓ半導体およびＡｌＩｎＡｓ半導体の少なくともいずれかであることが好適である。

この光半導体デバイスにおいて、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体層およびＡｌＩｎＡｓ半導体層を用いると、ドーパントが埋め込み領域に拡散することを防ぐことができる。

本発明の光半導体デバイスは、前記第１のクラッド層および前記埋め込み領域上に設けられた第３のクラッド層を更に備え、前記第３のクラッド層は、炭素元素が添加されたヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることが好ましい。

この光半導体デバイスの第３のクラッド層には炭素元素が添加されているので、鉄元素が添加された埋め込み領域の抵抗が低下することを抑えることができる。

本発明の光半導体デバイスでは、前記第３のクラッド層の前記III−Ｖ化合物半導体は、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体およびＡｌＩｎＡｓ半導体の少なくともいずれかであることが好適である。

この光半導体デバイスにおいて、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体層およびＡｌＩｎＡｓ半導体層を用いると、ドーパントが埋め込み領域に拡散することを防ぐことができる。

本発明の光半導体デバイスでは、前記活性層は、井戸層およびバリア層を含む多重量子井戸構造を有しており、前記バリア層は、炭素元素が添加されたＡｌＧａＩｎＡｓ半導体および炭素元素が添加されたＡｌＩｎＡｓ半導体の少なくともいずれかから成ることが好ましい。

この光半導体デバイスでは、前記バリア層が、炭素元素が添加された半導体領域を含むので、光半導体デバイスの高速動作特性が改善されることができる。

本発明に係る別の側面によれば、光半導体デバイスを製造する方法は、（ａ）炭素元素を含むハロゲン化合物を用いて、炭素元素が添加されたIII−Ｖ化合物半導体層を形成する工程と、（ｂ）前記III−Ｖ化合物半導体層を形成する工程の後に、鉄元素が添加された埋め込み領域を形成する工程とを備え、前記III−Ｖ化合物半導体層は、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体層およびＡｌＩｎＡｓ半導体層の少なくともいずれかである。

この方法では、炭素元素が添加された半導体層上に、鉄元素が添加された埋め込み領域を形成するので、鉄元素が添加された埋め込み領域の抵抗が低下することを抑えることができる。

本発明の更なる別の側面によれば、光半導体デバイスを製造する方法は、（ａ）鉄元素が添加された埋め込み領域を形成する工程と、（ｂ）前記埋め込み領域を形成した後に、炭素元素を含むハロゲン化合物を用いて、炭素元素が添加されたIII−Ｖ化合物半導体層を形成する工程を備え、前記III−Ｖ化合物半導体層は、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体層およびＡｌＩｎＡｓ半導体層の少なくともいずれかである。

この方法では、鉄元素が添加された埋め込み領域上に、炭素元素が添加された半導体層上を形成するので、鉄元素が添加された埋め込み領域の抵抗が低下することを抑えることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ｐ型の導電型の不純物と鉄との相互拡散が低減される光半導体デバイスが提供され、また、この光半導体デバイスを製造する方法が提供される。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の光半導体デバイスおよび光半導体デバイスを製造ずる方法に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る光半導体デバイスを示す断面図である。光半導体デバイス１は、炭素ドープの第１のクラッド層３と、第２のクラッド層５と、活性層７と、埋め込み領域９とを備える。活性層７は、第１のクラッド層３と第２のクラッド層５との間に設けられている。埋め込み領域９は、半導体メサを埋め込むように設けられている。半導体メサは、第１のクラッド層３、第２のクラッド層５および活性層７を含む。埋め込み領域９は鉄ドープIII−Ｖ化合物半導体層１１を含む。鉄ドープIII−Ｖ化合物半導体層１１は、鉄ドープIII−Ｖ化合物半導体層１１は高抵抗を有しており、例えば活性層７ｂに電流を閉じ込めることができる。この光半導体デバイス１の第１のクラッド層３は炭素ドープであるので、鉄ドープのIII−Ｖ化合物半導体層１１の抵抗が低下することを抑えることができる。

この光半導体デバイスの第１のクラッド層３は炭素元素が添加されており埋め込み層９には鉄元素が添加されているので、炭素元素および鉄元素の相互拡散が低減される。第１のクラッド層３への鉄元素の拡散が少なくできるので、第１のクラッド層３のキャリア濃度が小さくならない。また、第１のクラッド層３の炭素濃度の低下が抑えられるので、第１のクラッド層３の抵抗が上昇することを抑えることができる。さらに、埋め込み領域９内の半導体層１１からの鉄元素の拡散が少なくでき第１のクラッド層３からの炭素元素の拡散が抑えられるので、埋め込み領域９の抵抗が低下することを抑えることができる。

一実施例では、第１のクラッド層３はｐ型III−Ｖ化合物半導体から成り、第２のクラッド層５はｎ型III−Ｖ化合物半導体から成り、活性層７はアンドープIII−Ｖ化合物半導体から成る。好適な実施例の光半導体デバイス１では、埋め込み領域９の鉄ドープIII−Ｖ化合物半導体層１１は、鉄ドープＩｎＰ層を含むことが好ましい。この光半導体デバイスの第１のクラッド層は炭素ドープであるので、鉄ドープＩｎＰ層に抵抗が低下することを抑えることができる。好適な実施例の光半導体デバイス１では、第１のクラッド層３は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることができる。

光半導体デバイス１は、支持基体１３を含む。第１のクラッド層３、第２のクラッド層５、活性層７および埋め込み領域９は、支持基体１３上に設けられている。支持基体１３としては、例えば、ＩｎＰ半導体基板またはＧａＡｓ半導体基板を用いることができるが、本発明は、これに限定されるものではない。活性層７は、ＩｎＧａＡｓＰ半導体から成ることができる。また、活性層７は、量子井戸構造を有することができ、該量子井戸構造は、例えばＩｎＧａＡｓＰ半導体から成る井戸層とＩｎＧａＡｓＰ半導体から成るバリア層を含む。

一実施例の光半導体デバイス１では、第１のクラッド層３、第２のクラッド層５、活性層７および埋め込み領域９は、支持基体１３上に設けられたメサ形状を成しており、例えば、該メサ１７はストライブ形状を成すことができる。ストライプの幅は、例えば１．５マイクロメートル程度である。

光半導体デバイス１では、第１のクラッド層３は、ヒ素（Ａｓ）を含むIII−V化合物半導体から成ることが好ましく、炭素はｐ型ドーパントとして働く。また、好適な実施例では、第１のクラッド層３は、例えばＡｌＧａＩｎＡｓ半導体、ＡｌＩｎＡｓ半導体およびＩｎＧａＡｓＰ半導体の少なくともいずれかから成ることができる。これらの半導体材料は、活性層７に対して光閉じ込めと電位障壁を提供できると共に、炭素がｐ型ドーパントとして働く。これによって、第１のクラッド層３のｐ型ドーパントの拡散により埋め込み領域９の抵抗が低下することを防ぐことができる。

光半導体デバイス１は第３のクラッド層１９を更に備えることができ、第３のクラッド層１９は第１のクラッド層３および埋め込み領域９上に設けられている。第３のクラッド層１９は、活性層に光を閉じ込めるために設けられている。第３のクラッド層１９の導電型は第１のクラッド層３の導電型と同じである。

光半導体デバイス１はコンタクト層２１を更に備えることができる。第３のクラッド層１９は、コンタクト層２１と埋め込み領域９およびメサ１７との間に設けられている。好適な実施例は、コンタクト層２１は、第３のクラッド層２１のバンドギャップより小さいバンドギャップを有している。また、コンタクト層２１にはドーパントが高濃度に添加されており、コンタクト層２１のドーパント濃度は、第３のクラッド層２１のドーパント濃度より大きい。コンタクト層２１は、炭素でドープされていることが好ましい。コンタクト層２１は、ヒ素を含むIII−V化合物半導体から成ることが好ましく、炭素ドーパントがｐ型ドーパントとして働く。

光半導体デバイス１では、埋め込み領域９は、埋め込み層１１と第３のクラッド層１９との間に設けられた半導体層２３を含むことができる。半導体層２３は、第３のクラッド層１９と異なる導電型を有しており、ｐ型クラッド層１９から埋め込み層１１に流れ込むキャリア（ホール）を阻止するために設けられている。

光半導体デバイス１において、メサ領域２５、クラッド層１９およびコンタクト層２１は、支持基体１３上に設けられたメサ形状を成しており、例えば、該メサ領域２５はストライブ形状になっていることができる。メサ２５のストライプの幅は、例えば１０マイクロメートル程度である。

光半導体デバイス１は、支持基体１３の一表面１３ａ、メサ２５上に設けられた絶縁膜２６を備えることができる。絶縁膜２６として例示すれば、絶縁性シリコン無機化合物から成ることができる。

光半導体デバイス１は、コンタクト層２１に電気的に接続された電極２７を有することができる。電極２７は、絶縁膜２６の開口を通してコンタクト層２１にオーミック接触している。また、光半導体デバイス１は、支持基体１３の別の面１３ｂ上に設けられた電極３１を有している。

以上説明したように、本実施の形態の光半導体デバイス１によれば、拡散防止層を用いること無くｐ型の導電型の不純物と鉄原子との相互拡散が低減される光半導体デバイスが提供される。

図２は、別の実施の形態に係る光半導体デバイスを示す図面である。光半導体デバイス１ａは、第３のクラッド層１９に替えて、第３のクラッド層２９を有している。第３のクラッド層２９は、ヒ素を含むIII−V化合物半導体（燐を構成元素として含まない）から成ることが好ましい。炭素ドーパントは、ヒ素系III−V化合物半導体中においてｐ型ドーパントとして働く。

この光半導体デバイスの第３のクラッド層２９は炭素元素が添加されており埋め込み層９には鉄元素が添加されているので、炭素元素および鉄元素の相互拡散が低減される。第３のクラッド層２９への鉄元素の拡散が少なくできるので、第３のクラッド層２９のキャリア濃度が小さくならない。また、第３のクラッド層２９の炭素濃度の低下が抑えられるので、第３のクラッド層２９の抵抗が上昇することを抑えることができる。さらに、埋め込み領域９内の半導体層１１からの鉄元素の拡散が少なくでき第３のクラッド層２９からの炭素元素の拡散が抑えられるので、埋め込み領域９の抵抗が低下することを抑えることができる。

一実施例として、
第１のクラッド層３：ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体（炭素ドープ）
キャリア濃度：５×１０１７ｃｍ−３
第２のクラッド層５：ｎ型ＩｎＰ半導体（シリコンドープ）
キャリア濃度：８×１０１７ｃｍ−３
活性層７：ＧａＩｎＡｓＰ／ＧａＩｎＡｓＰのＭＱＷ
埋め込み層１１：鉄ドープＩｎＰ
厚さ：約１．５マイクロメートル
半導体層２３：シリコンドープＩｎＰ半導体
キャリア濃度：２×１０１８ｃｍ−３
厚さ：約０．２マイクロメートル
第３のクラッド層２９：ｐ型ＡｌＩｎＡｓ半導体（炭素ドープ）
キャリア濃度：１×１０１８ｃｍ−３
厚さ：約１．５マイクロメートル
支持基体１３：ｎ型ＩｎＰ単結晶基板
コンタクト層２１：炭素ドープＧａＩｎＡｓ半導体
キャリア濃度：１×１０２０ｃｍ−３
厚さ：約０．５マイクロメートル
絶縁膜２６：シリコン酸化物
電極２７：アノード電極
電極３１：カソード電極
を示す。

図３は、ｐ型クラッド層が亜鉛ドーパントで添加された光半導体デバイスを示す。光半導体デバイス４１では、亜鉛ドープＩｎＰ半導体層４３とシリコンドープＩｎＰ半導体層４５との間には、ＩｎＧａＡｓＰ活性層４７が設けられている。埋め込み領域４９は鉄ドープＩｎＰ層５１とシリコンドープＩｎＰ半導体層５３を含む。第１のクラッド層４３は亜鉛でドープされている。亜鉛ドープＩｎＰ半導体層４３に添加された亜鉛が、鉄ドープのＩｎＰ層５１に拡散するので、鉄ドープのＩｎＰ層５１の抵抗が低下する。また、亜鉛の拡散のため、ＩｎＰ層５１内の鉄ドーパントがｐ型ＩｎＰ半導体層４３に拡散する。これらの相互拡散により、鉄ドープＩｎＰ層５１の抵抗はより一層低下しやすくなる。ＩｎＰ半導体層５５も亜鉛でドープされている。ＩｎＰ半導体層５５に添加された亜鉛が鉄ドープＩｎＰ層５１に拡散するので、鉄ドープのＩｎＰ層５１の抵抗が低下する。

以上説明したように、本実施の形態の光半導体デバイス１ａによれば、拡散防止層を用いること無くｐ型の導電型の不純物と鉄原子との相互拡散が低減される光半導体デバイスが提供される。

（第２の実施の形態）
図４（Ａ）は、第２の実施の形態に係る光半導体デバイスを示す図面である。光半導体デバイス１ｂは、光閉じ込め（ＳＣＨ）層３３ａを備えている。光閉じ込め層３３ａは、活性層７ｂと第１のクラッド層３との間に設けられている。光閉じ込め層３３ａは、その一部または全部に炭素がドープされたIII−V化合物半導体から成ることができる。図４（Ａ）に示された光半導体デバイス１ｂでは、層状の領域に炭素がドープされている。

光半導体デバイス１と同様に、光半導体デバイス１ｂでは、活性層７ｂは、第１のクラッド層３と第２のクラッド層５との間に設けられている。埋め込み領域９は、半導体メサを埋め込むように設けられている。この半導体メサは、第１のクラッド層３、第２のクラッド層５、光閉じ込め層３３ａおよび活性層７ｂを含む。埋め込み領域９は鉄ドープIII−Ｖ化合物半導体層１１を含む。鉄ドープIII−Ｖ化合物半導体層１１は高抵抗を有しており、例えば活性層７ｂに電流を閉じ込めることができる。

この光半導体デバイスの光閉じ込め層３３ａは炭素元素が添加されており埋め込み領域９には鉄元素が添加されているので、炭素元素および鉄元素の相互拡散が低減される。光閉じ込め層３３ａへの鉄元素の拡散が少なくできるので、光閉じ込め層３３ａのキャリア濃度が小さくならない。また、光閉じ込め層３３ａの炭素濃度の低下が抑えられるので、光閉じ込め層３３ａの抵抗が上昇することを抑えることができる。さらに、埋め込み領域９内の半導体層１１からの鉄元素の拡散が少なくでき光閉じ込め層３３ａからの炭素元素の拡散が抑えられるので、埋め込み領域９の抵抗が低下することを抑えることができる。

この炭素元素が添加された光閉じ込め層３３ａによれば、光半導体デバイス１ｂの特性を改善することができる。

好適な実施例では、好適な実施例では、光閉じ込め層３３ａは、炭素元素が添加されたIII−Ｖ化合物半導体の領域を含むことができる。このIII−V化合物半導体領域は、ヒ素元素を含むIII−V化合物半導体である。光閉じ込め層３３ａは、例えば炭素ドープのＡｌＧａＩｎＡｓ半導体および炭素ドープのＡｌＩｎＡｓ半導体の少なくともいずれかから成ることが好ましい。炭素ドープ光閉じ込め層３３ａによれば、光半導体デバイス１ｂにおいて、キャリア（例えば、ホール）が活性層３ｂに流れる経路の電気抵抗を小さくすることができる。また、光半導体デバイス１ｂによる発熱を少なくすることができる。光半導体デバイス１ｂは、活性層３ｂと第２のクラッド層５との間に設けられた光閉じ込め層３３ｂを更に備えることができる。活性層３ｂは、井戸層３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄおよびバリア層３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３７ｄ、３７ｄ、３７ｅを含む。井戸層３５ａ〜３５ｄおよびバリア層３７ａ〜３７ｅは、交互に配列されている。

図４（Ａ）に示されるように、光半導体デバイス１ｂは、炭素元素が添加された第１のクラッド層３を有していれば、埋め込み領域９内に含まれる鉄原子と第１のクラッド層３内の炭素原子の相互拡散が低減される。第１のクラッド層３への鉄元素の拡散が少なくできるので、第１のクラッド層３のキャリア濃度が小さくならない。また、第１のクラッド層３の炭素濃度の低下が抑えられるので、第１のクラッド層３の抵抗が上昇することを抑えることができる。さらに、埋め込み領域９内の半導体層１１からの鉄元素の拡散が少なくでき第１のクラッド層３からの炭素元素の拡散が抑えられるので、埋め込み領域９の抵抗が低下することを抑えることができる。

光半導体デバイス１ｂは、光半導体デバイス１と同様に、例えば、半導体層２３と、第３のクラッド層２９と、支持基体１３と、コンタクト層２１とを備えることができ、更に、絶縁膜２６と、電極２７と、電極３１とを備えることができる。

以上説明したように、本実施の形態の光半導体デバイス１ｂによれば、拡散防止層を用いること無くｐ型の導電型の不純物と鉄原子との相互拡散が低減される光半導体デバイスが提供される。

（第３の実施の形態）
図４（Ｂ）は、第３の実施の形態に係る光半導体デバイスの実施例を示す図面である。光半導体デバイス１と同様に、光半導体デバイス１ｃでは、活性層７ｂは、第１のクラッド層３と第２のクラッド層５との間に設けられている。埋め込み領域９は、第１のクラッド層３、第２のクラッド層５および活性層７ｂを含む半導体メサを埋め込むように設けられている。埋め込み領域９は鉄ドープIII−Ｖ化合物半導体層１１を含む。鉄ドープIII−Ｖ化合物半導体層１１は高抵抗を有しており、例えば活性層７ｂに電流を閉じ込めることができる。光半導体デバイス１ｃの活性層７ｃは、炭素元素が添加されたIII−Ｖ化合物半導体の領域を含むことができる。この光半導体デバイスの活性層７ｃは、炭素元素が添加された半導体領域を含んでおり埋め込み層には鉄元素が添加されているので、炭素元素および鉄元素の相互拡散が低減される。活性層７ｃ内の該半導体層のキャリア濃度が小さくならない。また、埋め込み領域の抵抗が低下することを抑えることができる。さらに、活性層７ｃ内の該半導体層の抵抗が上昇することを抑えることができる。

好適な実施例では、活性層７ｃは、炭素元素が添加されたＡｌＧａＩｎＡｓ半導体領域および炭素元素が添加されたＡｌＩｎＡｓ半導体領域の少なくともいずれかを含むことができる。

活性層３ｃは、図４（Ｂ）に示されるように、多重量子井戸構造を有する。活性層３ｃは、第１のクラッド層３と第２のクラッド層５との間に配列された井戸層４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４５ｄおよびバリア層４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄ、４７ｄ、４７ｅを含む。井戸層４５ａ〜４５ｄおよびバリア層４７ａ〜４７ｅは、交互に配列されている。井戸層４５ａ〜４５ｄはアンドープ半導体層であるように形成される。バリア層４７ａ〜４７ｅの少なくとも１つは、炭素でドープされていることが好ましい。好適な実施例では、図４（Ｂ）に示された光半導体デバイス１ｃのように、全てのバリア層４７ａ〜４７ｅに炭素がドープされている。バリア層４７ａ〜４７ｅの一部または全てに炭素を添加することによって、微分利得が改善され、緩和振動周波数が高くなると共に、埋め込み領域の抵抗の低下が抑制される。

光半導体デバイス１ｃは、第１のクラッド層３と活性層３ｃとの間に設けられた光閉じ込め層４９ａを含むことができ、また第２のクラッド層５と活性層３ｃとの間に設けられた光閉じ込め層４９ｂを含むことができる。好適な実施例では、光閉じ込め層４９ａの一部または全部が炭素でドープされている。また、光半導体デバイス１ｃは、一部または全部に炭素がドープされた光閉じ込め層４９ａを含むことができ、これによって光半導体デバイスの発熱を小さくすることができる。

また、図４（Ｂ）に示されるように、光半導体デバイス１ｃは、炭素元素が添加された第１のクラッド層３を有していれば、埋め込み領域９内に含まれる鉄原子と第１のクラッド層３内の炭素原子の相互拡散が低減される。第１のクラッド層３への鉄元素の拡散が少なくできるので、第１のクラッド層３のキャリア濃度が小さくならない。また、第１のクラッド層３の炭素濃度の低下が抑えられるので、第１のクラッド層３の抵抗が上昇することを抑えることができる。さらに、埋め込み領域９内の半導体層１１からの鉄元素の拡散が少なくでき第１のクラッド層３からの炭素元素の拡散が抑えられるので、埋め込み領域９の抵抗が低下することを抑えることができる。

光半導体デバイス１ｃは、光半導体デバイス１と同様に、例えば、半導体層２３と、第３のクラッド層２９と、支持基体１３と、コンタクト層２１とを備えることができ、更に、絶縁膜２６と、電極２７と、電極３１とを備えることができる。

既にいくつかの実施の形態を説明したけれども、これらの実施の形態を組み合わせた変形例の光半導体デバイスを得ることもでき、例えば、一変形例の光半導体デバイスは、炭素が添加された光閉じ込め層と、炭素が添加されたバリア層とを含むことができる。

以上説明したように、本実施の形態の光半導体デバイス１ｃによれば、拡散防止層を用いること無くｐ型の導電型の不純物と鉄原子との相互拡散が低減される光半導体デバイスが提供される。

（第４の実施の形態）
図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、第２の実施の形態に係る光半導体デバイスを製造する方法を示す図面である。図６（Ａ）、図６（Ｂ）および図６（ｃ）は、第２の実施の形態に係る光半導体デバイスを製造する方法を示す図面である。図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、第２の実施の形態に係る光半導体デバイスを製造する方法を示す図面である。

図５（Ａ）に示されるように、基板５１を準備する。基板５１は、III−V化合物半導体基板であることができ、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板である。ついで、基板５１の主面５１ａ上に、複数のIII−V化合物半導体膜を形成する。この形成は、例えば有機金属気相成長法を用いて行われる。本実施例では、基板５１上に、ｎ型III−V化合物半導体膜５３、活性層５５および炭素ドープIII−Vヒ素化合物半導体膜５７を順に堆積する。ｎ型III−V化合物半導体膜５３は、例えばシリコンドープＩｎＰ半導体膜であることができ、活性層５５は、アンドープＩｎＧａＡｓＰ半導体膜５５であることができ、III−Vヒ素化合物半導体膜５７は、例えば、ｐ型ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体膜およびｐ型ＡｌＩｎＡｓ半導体膜の少なくともいずれかであることができる。炭素ドープIII−Vヒ素化合物半導体膜５７は、ドーパント源として、例えばＣＢｒ４といった炭素元素を含むハロゲン化合物を用いて形成されることができる。このハロゲン化合物（ＣＢｒ４を含めて）の特徴は、例えば、次のようなものである。炭素濃度の制御性がよい。低濃度から高濃度まで、その濃度を制御することが可能である。高濃度の炭素を添加することが可能である。ＣＢｒ４は、高濃度でｐ導電型の炭素ドープＡｌＧａＩｎＡｓ半導体膜および炭素ドープＡｌＩｎＡｓ半導体膜を形成するために好適である。この膜の酸素濃度は、亜鉛ドーパントを用いて成膜した膜に比べて小さい。

図５（Ｂ）に示されるように、メサを形成するためのマスク層５９を形成する。マスク層５９は、シリコン窒化膜といった絶縁膜から成ることができる。マスク層５９を用いて、炭素ドープIII−V化合物半導体膜５７、アンドープＩｎＧａＡｓＰ半導体膜５５、およびｎ型III−V化合物半導体膜５３を順にエッチングして、炭素ドープIII−Vヒ素化合物半導体層５７ａ、活性層５５ａおよびｎ型III−V化合物半導体層５３ａを形成する。これによって、炭素ドープIII−Vヒ素化合物半導体層５７ａ、活性層５５ａおよびｎ型III−Vヒ素化合物半導体層５３ａを含むメサ６０が形成される。

図５（Ｃ）に示されるように、マスク層５９を用いて、半導体表面上に鉄ドープの埋め込み層６１を形成する。この結果、鉄ドープの第１の埋め込み膜６１が、炭素ドープIII−Vヒ素化合物半導体層５７ａ上に形成され、また活性層５５ａ、ｎ型III−V化合物半導体層５３ａおよび基板５１上に形成される。次いで、シリコンドープの第２の埋め込み膜６３を形成する。第２の埋め込み膜６３は、例えば、ｎ型ＩｎＰ半導体膜であることができる。鉄ドープの埋め込み膜６１は、例えば鉄ドープＩｎＰ半導体膜であることができる。この後に、マスク層５９を取り除く。

この方法では、炭素ドープの半導体層５７ａ上に鉄ドープの埋め込み膜６１を形成するので、鉄ドープの埋め込み膜６１の抵抗が低下することを抑えることができる。

図６（Ａ）に示されるように、シリコンドープの第２の埋め込み膜６３を形成した後に、ＣＢｒ４を用いて炭素ドープのIII−V化合物半導体膜６５をシリコンドープの第２の埋め込み膜６３上に形成する。III−V化合物半導体膜６５としては、例えばＡｌＧａＩｎＡｓ半導体膜およびＡｌＩｎＡｓ半導体膜の少なくともいずれかを用いることができる。

この方法では、鉄ドープの埋め込み膜上に炭素ドープのIII−V化合物半導体膜６５上を形成するので、鉄ドープの埋め込み膜の抵抗が低下することを抑えることができる。

ついで、III−V化合物半導体膜６５上に、コンタクト層を形成するための別のｐ型III−V化合物半導体膜６７を形成する。III−V化合物半導体膜６７は、例えば炭素でドープされていることができ、また、例えばＧａＩｎＡｓ半導体膜であることができる。

図６（Ｂ）に示されるように、メサを形成するためのマスク層６９を形成する。マスク層６９は、シリコン窒化膜といった絶縁膜から成ることができる。マスク層６９を用いて、ｐ型III−V化合物半導体膜６７、炭素ドープのIII−V化合物半導体膜６５、第２の埋め込み膜６３および第１の埋め込み膜６１を順にエッチングして、ｐ型III−V化合物半導体層６７ａ、炭素ドープのIII−V化合物半導体層６５ａ、第２の埋め込み層６３ａおよび第１の埋め込み層６１ａを形成する。これによって、ｐ型III−V化合物半導体層６７ａ、炭素ドープのIII−V化合物半導体層６５ａ、第２の埋め込み層６３ａ、第１の埋め込み層６１ａおよびメサ６０を含むメサ７０が形成される。この後に、マスク層６９を取り除く。

図７（Ａ）に示されるように、メサ７０および基板５１上に絶縁膜７１が形成される。絶縁膜７１としては、例えば、シリコン酸化膜を用いることができる。

図７（Ｂ）に示されるように、メサ７０上に絶縁膜７１に開口を形成した後に、電極７３を形成する。電極７３は、絶縁膜７１上および開口７１ａ上に形成されている。また、基板５１の裏面に電極７５を形成する。上記の方法に基づいて、第１から第３の実施の形態に記載された光半導体デバイスを製造することができる。

以上説明したように、本実施の形態の光半導体デバイスを製造する方法によれば、拡散防止層を用いることの無くｐ型ドーパントおよび鉄原子の相互拡散が低減される光半導体デバイスが形成される。

通信用半導体レーザといった光半導体デバイスでは、クラッドの材料はＩｎＰ半導体であり、ＩｎＰ半導体では炭素はｐ型ドーパントして作用しない。本実施の形態に係る光半導体デバイスおよびその製造方法では、鉄ドープのｐ型半導体領域には炭素ドープ半導体領域が接触しているので、結果的に、炭素ドーパントの拡散距離は小さい。また、亜鉛と鉄との相互拡散は生じない。

また、本実施の形態に係る光半導体デバイスおよびその製造方法では、III−Ｖ化合物半導体基板としてＩｎＰ基板を用いた場合について説明したが、ＧａＡｓ基板を用いてもよい。ＧａＡｓ基板を用いた場合、炭素ドープIII−Ｖヒ素化合物半導体層として、例えばＡｌＧａＡｓ半導体膜であることができる。また、鉄ドープの埋め込み膜としては、ＧａＩｎＰ半導体膜であることができる。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではなく、本発明に係る光半導体デバイスは、例えば、レーザダイオード、半導体光増幅器、半導体光変調器、半導体光スイッチおよび光半導体集積素子のために用いることができる。また、本発明に係る光半導体デバイスは、例えば、発光ダイオードおよび垂直共振器半導体発光素子といった面発光型光半導体デバイスであってもよい。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は、本実施の形態に係る光半導体デバイスを示す断面図である。 図２は、第１の実施の形態の光半導体デバイスの変形例を示す図面である。 図３は、ｐ型クラッド層が亜鉛ドーパントで添加された光半導体デバイスを示す。 図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、本実施の形態に係る光半導体デバイスの変形例を示す図面である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は、第２の実施の形態に係る光半導体デバイスを製造する方法を示す図面である。 図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、第２の実施の形態に係る光半導体デバイスを製造する方法を示す図面である。 図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、第２の実施の形態に係る光半導体デバイスを製造する方法を示す図面である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ…光半導体デバイス、３…第１のクラッド層、５…第２のクラッド層、７…活性層、１１…埋め込み層、１３…支持基体、２３…III−Ｖ化合物半導体層、２９…第３のクラッド層、１３…支持基体、１７、２５…メサ
２１…コンタクト層、２３…III−Ｖ化合物半導体層、２７…絶縁膜、２７…アノード電極、３１…カソード電極、５１…基板、５３…ｎ型III−Vヒ素化合物半導体膜、５５…活性層、５７…炭素ドープIII−Vヒ素化合物半導体膜、５９…マスク層、５７ａ…炭素ドープIII−Vヒ素化合物半導体層、５５ａ…活性層、５３ａ…ｎ型III−V化合物半導体層、６０…メサ、６１…鉄ドープの埋め込み膜、６１ａ…第１の埋め込み層、６３…第２の埋め込み膜、６３ａ…第２の埋め込み層、６５…炭素ドープのIII−V化合物半導体膜、６５ａ…炭素ドープのIII−V化合物半導体層、６７…ｐ型III−V化合物半導体膜、６７ａ…ｐ型III−V化合物半導体層、６９…マスク層、７０…メサ、７１…絶縁膜、７３…電極、７５…電極

Claims (7)

1. 光半導体デバイスであって、
   基板上に設けられた半導体メサと、
   前記基板上に設けられ前記半導体メサを埋め込む埋め込み領域と
   を備え、
   前記半導体メサは、第１のクラッド層、第２のクラッド層および活性層を含んでおり、
   前記活性層は、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられており、
   前記埋め込み領域は、少なくとも鉄元素が添加された半導体層を含んでおり、
   前記第１のクラッド層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成り、
   当該光半導体デバイスは、前記第１のクラッド層および前記埋め込み領域上に設けられた第３のクラッド層を更に備え、
   前記第３のクラッド層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることを特徴とする光半導体デバイス。
2. 光半導体デバイスであって、
   基板上に設けられた半導体メサと、
   前記基板上に設けられ前記半導体メサを埋め込む埋め込み領域と
   を備え、
   前記半導体メサは、第１のクラッド層、第２のクラッド層および活性層を含んでおり、
   前記活性層は、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられており、
   前記埋め込み領域は、少なくとも鉄元素が添加された半導体層を含んでおり、
   前記活性層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体の領域を有し、
   当該光半導体デバイスは、前記第１のクラッド層および前記埋め込み領域上に設けられた第３のクラッド層を更に備え、
   前記第３のクラッド層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることを特徴とする光半導体デバイス。
3. 光半導体デバイスであって、
   基板上に設けられた半導体メサと、
   前記基板上に設けられ前記半導体メサを埋め込む埋め込み領域と
   を備え、
   前記半導体メサは、第１のクラッド層、第２のクラッド層、光閉じ込め層および活性層を含んでおり、
   前記活性層は、前記第１のクラッド層と前記第２のクラッド層との間に設けられており、
   前記埋め込み領域は、少なくとも鉄元素が添加された半導体層を含んでおり、
   前記光閉じ込め層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成り、
   当該光半導体デバイスは、前記第１のクラッド層および前記埋め込み領域上に設けられた第３のクラッド層を更に備え、
   前記第３のクラッド層は、炭素元素が添加されておりヒ素元素を含むIII−Ｖ化合物半導体から成ることを特徴とする光半導体デバイス。
4. 前記埋め込み領域の前記半導体層はＩｎＰ半導体から成ることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された光半導体デバイス。
5. 前記III−Ｖ化合物半導体は、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体およびＡｌＩｎＡｓ半導体の少なくともいずれかである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された光半導体デバイス。
6. 前記第３のクラッド層の前記III−Ｖ化合物半導体は、ＡｌＧａＩｎＡｓ半導体およびＡｌＩｎＡｓ半導体の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載された光半導体デバイス。
7. 前記活性層は、井戸層およびバリア層を含む多重量子井戸構造を有しており、
   前記バリア層は、炭素元素が添加されたＡｌＧａＩｎＡｓ半導体および炭素元素が添加されたＡｌＩｎＡｓ半導体の少なくともいずれかから成ることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された光半導体デバイス。

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