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公開番号2025159085
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-17
出願番号2025133048,2024507343
出願日2025-08-08,2022-03-17
発明の名称半導体素子及び半導体素子の製造方法
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人ぱるも特許事務所
主分類H01S 5/227 20060101AFI20251009BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】周波数帯域が広く、かつ、高い発光効率で動作可能な半導体素子を得る。
【解決手段】本開示の半導体素子500は、半導体基板101と、半導体基板101上に形成された第1導電型の第1半導体層102、活性層103、第2導電型の半導体層104からなる積層半導体層がストライプ状に形成されたメサ構造150と、メサ構造150の両側面に埋め込まれた埋込層105、106と、埋込層105、106上に形成された第1導電型の第2半導体層109と、第1導電型の第2半導体層109に接して形成された絶縁膜110と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１導電型の第１半導体層、活性層、第２導電型の半導体層からなる積層半導体層がストライプ状に形成されたメサ構造と、
前記メサ構造の両側面に埋め込まれた埋込層と、
前記埋込層上に形成された第１導電型の第２半導体層と、
前記第１導電型の第２半導体層に接して形成された絶縁膜と、
を備える半導体素子。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
前記メサ構造の上面側に前記第１導電型の第２半導体層がさらに形成されることを特徴する請求項１に記載の半導体素子。
【請求項３】
前記メサ構造の頂面に対向する前記絶縁膜の部位に開口部が設けられ、前記開口部の底部に前記第１導電型の第２半導体層が露出していることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子。
【請求項４】
前記メサ構造の頂面に対向する前記絶縁膜及び前記第１導電型の第２半導体層の部位に開口部が設けられることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子。
【請求項５】
前記メサ構造及び前記埋込層を含む領域がさらにメサ形状を呈することを特徴とする請求項４に記載の半導体素子。
【請求項６】
前記第２導電型の半導体層と前記第１導電型の第２半導体層との間に、さらに第２導電型のクラッド層及び第２導電型のコンタクト層が形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体素子。
【請求項７】
半導体基板と、
前記半導体基板上に順次形成された第１導電型の第１半導体層及び活性層と、前記活性層上に形成された少なくとも第２導電型の半導体層がストライプ状に形成されたリッジ構造と、
前記リッジ構造を覆うように形成された第１導電型の第２半導体層と、
前記第１導電型の第２半導体層に接して形成された絶縁膜と、
を備える半導体素子。
【請求項８】
前記リッジ構造の上面側の前記絶縁膜の部位に開口部が設けられることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子。
【請求項９】
前記リッジ構造の上面側の前記絶縁膜及び前記第１導電型の第２半導体層の部位に開口部が設けられることを特徴とする請求項７に記載の半導体素子。
【請求項１０】
前記絶縁膜が第１絶縁膜及び第２絶縁膜で構成され、前記第１絶縁膜はプラズマＣＶＤ絶縁膜からなることを特徴とする請求項１から５、７から９のいずれか１項に記載の半導体素子。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体素子及び半導体素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
光通信の用途に用いられるＩｎＰ系半導体レーザーでは、通信の大容量化に対応するために、素子単体での変調周波数の広帯域化が要求される。また、光通信システム全体の消費電力を低減するために、素子単体での発光効率の向上が要求される。周波数帯域及び発光効率のいずれにおいても半導体素子の素子抵抗が大きく影響するが、電子及びホールにおいてはホールの方が移動度は小さく、半導体層の素子抵抗の中では、ｐ型半導体層の抵抗が半導体層全体の抵抗に対して大きな割合を占める。
【０００３】
上述の事情を考慮し、光通信用のＩｎＰ系半導体レーザーでは、電流経路の長い部分に低抵抗であるｎ型半導体層を適用するために、一般にｎ型の半導体基板が用いられる。つまり、ｎ型半導体基板が素子の裏面側、ｐ型半導体層が素子の表面側に位置することになる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
ＪＣｈｅｖａｌｌｉｅｒ，ＡＪａｌｉｌ，ＢＴｈｅｙｓ，ＪＣＰｅｓａｎｔ，ＭＡｕｃｏｕｔｕｒｉｅｒ，ＢＲｏｓｅａｎｄＡＭｉｒｃｅａ、“Ｈｙｄｒｏｇｅｎｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎｏｆｓｈａｌｌｏｗａｃｃｅｐｔｏｒｓｉｎｐ－ｔｙｐｅＩｎＰ”、Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．４（１９８９）ｐｐ．８７－９０
ＨｉｒｏｓｈｉＩｔｏ，ＳｈｏｊｉＹａｍａｈａｔａ，ＮａｏｔｅｒｕＳｈｉｇｅｋａｗａａｎｄＫｅｎｊｉＫｕｒｉｓｈｉｍａ、“ＨｅａｖｉｌｙＣａｒｂｏｎＤｏｐｅｄＢａｓｅＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＨｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒｓＧｒｏｗｎｂｙＴｗｏ－ＳｔｅｐＭｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ”、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、ｖｏｌ．３５（１９９６）ｐｐ．６１３９－６１４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のとおり、光通信用のＩｎＰ系半導体レーザーでは素子の表面側にp型半導体層が形成される構成が一般的である。素子の表面側には半導体層の表面保護のために絶縁膜が形成される。絶縁膜に対して要求される特性として、半導体表面での段差被覆性が良好であること、緻密な膜質であることなどが挙げられる。これらの要求に対応できる絶縁膜の成膜技術として、プラズマＣＶＤ（ＰｌａｓｍａＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることが一般的である。
【０００６】
しかしながら、半導体層の表面保護を目的とした絶縁膜の成膜方法としてプラズマＣＶＤ法を用いた場合、絶縁膜の成膜中に発生する水素ラジカルから絶縁膜の内部に水素が入り込まれてしまうという現象が発生する。絶縁膜中に取り込まれた水素は、成膜後の製造工程におけるアニールなどのプロセス中に、ｐ型半導体層中に拡散するおそれがあった。さらに、素子完成後の半導体素子の保存、動作、使用環境などの条件によっても、ｐ型半導体層中に水素が拡散するおそれがあった。
【０００７】
非特許文献１では、ｐ型半導体層中の水素がキャリア濃度低下を引き起こすことが指摘されている。ｐ型半導体層のキャリア濃度の低下は半導体素子の素子抵抗の増大に直結するため、プロセス、保存、動作、使用環境などの条件のばらつきによって素子特性がばらついてしまうおそれがあった。また、半導体層中の水素は比較的容易に動くことが知られており、最悪の場合は半導体素子の長期信頼性に影響することも懸念される。一方、非特許文献２には、半導体層の表面にｎ型半導体層を設けることで、絶縁膜からのｐ型半導体層中への水素の拡散が抑制できることが記載されている。
【０００８】
本開示は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、絶縁膜からｐ型半導体層中への水素の拡散を抑制して半導体素子の素子抵抗の増大を防止することにより、周波数帯域が広く、かつ、高い発光効率で動作可能な半導体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示に係る半導体素子は、
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１導電型の第１半導体層、活性層、第２導電型の半導体層からなる積層半導体層がストライプ状に形成されたメサ構造と、
前記メサ構造の両側面に埋め込まれた埋込層と、
前記埋込層上に形成された第１導電型の第２半導体層と、
前記第１導電型の第２半導体層に接して形成された絶縁膜と、を備える。
【００１０】
本開示に係る半導体素子の製造方法は、
半導体基板上に第１導電型の第１半導体層、活性層、第２導電型の半導体層を順次結晶成長して積層半導体層を形成する第１結晶成長工程と、
前記積層半導体層をストライプ状のメサ構造に加工するメサ構造形成工程と、
前記メサ構造の両側面に埋込層を結晶成長する第２結晶成長工程と、
前記埋込層上に第１導電型の第２半導体層を含む半導体層を結晶成長する第３結晶成長工程と、
前記第１導電型の第２半導体層上にプラズマＣＶＤ法によって絶縁膜を成膜する絶縁膜形成工程と、
前記メサ構造の頂面に対向する前記絶縁膜の部位に開口部を形成する開口部形成工程と、を含む。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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