JP3396323B2 - 高抵抗化合物半導体層とその結晶成長法，及び該高抵抗化合物半導体層を用いた半導体装置 - Google Patents
高抵抗化合物半導体層とその結晶成長法，及び該高抵抗化合物半導体層を用いた半導体装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高抵抗化合物半導体
層とその結晶成長法，及び該層を用いた半導体装置に関
し、特に、有機金属化学気相成長法により形成した高抵
抗化合物半導体層とその結晶成長法，及び該層を用いた
半導体装置に関するものである。
層とその結晶成長法，及び該層を用いた半導体装置に関
し、特に、有機金属化学気相成長法により形成した高抵
抗化合物半導体層とその結晶成長法，及び該層を用いた
半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、基板材料がＩｎＰからなるＩｎＰ
系の光デバイス及び電子デバイスに用いる化合物半導体
層の材料として、３元化合物のＡｌＩｎＡｓが注目を集
めている。そして、上記ＡｌＩｎＡｓのような化合物半
導体層を結晶成長させる代表的な方法としては、分子線
エピタキシー（以下、ＭＢＥと称す）法と、有機金属化
学気相成長（以下、ＭＯＣＶＤと称す）法とがあり、例
えばJournal of CrystalGrowth 131(1993) P.186 〜192
"Electrical properties and deep levels ofInGaAs l
ayers grown by metalorganic chemical vapor deposit
ion"(S.Naritsuka,T.Tada,A.Wagai,S.Fujita and Y.Ash
izawa)に示されているように、上記ＭＢＥ法を用いてア
ンドープＡｌＩｎＡｓ層の結晶成長を行うと、該アンド
ープＡｌＩｎＡｓ層が高抵抗化し、また、上記ＭＯＣＶ
Ｄ法によりアンドープＡｌＩｎＡｓ層を結晶成長する
と、該アンドープＡｌＩｎＡｓ層がｎ型の伝導を示すも
のとなることが知られている。
系の光デバイス及び電子デバイスに用いる化合物半導体
層の材料として、３元化合物のＡｌＩｎＡｓが注目を集
めている。そして、上記ＡｌＩｎＡｓのような化合物半
導体層を結晶成長させる代表的な方法としては、分子線
エピタキシー（以下、ＭＢＥと称す）法と、有機金属化
学気相成長（以下、ＭＯＣＶＤと称す）法とがあり、例
えばJournal of CrystalGrowth 131(1993) P.186 〜192
"Electrical properties and deep levels ofInGaAs l
ayers grown by metalorganic chemical vapor deposit
ion"(S.Naritsuka,T.Tada,A.Wagai,S.Fujita and Y.Ash
izawa)に示されているように、上記ＭＢＥ法を用いてア
ンドープＡｌＩｎＡｓ層の結晶成長を行うと、該アンド
ープＡｌＩｎＡｓ層が高抵抗化し、また、上記ＭＯＣＶ
Ｄ法によりアンドープＡｌＩｎＡｓ層を結晶成長する
と、該アンドープＡｌＩｎＡｓ層がｎ型の伝導を示すも
のとなることが知られている。
【０００３】図１４は、上記ＭＯＣＶＤ法により成長温
度６２０〜７００℃で成膜したアンドープＡｌＩｎＡｓ
層のエネルギバンド図であり、図において、Ｅｃ，Ｅ
ｖ，ＥSD，ＥA ，ＥDDはそれぞれ伝導帯，価電子帯，浅
いドナー，浅いアクセプタ，深いドナーの各エネルギレ
ベルを示している。ここで、図１４に示したようなドナ
ーレベルＥSD，ＥDD，及びアクセプタレベルＥA は、上
記アンドープＡｌＩｎＡｓ層が真性半導体であれば存在
しないものであるが、真性半導体は理想的な半導体であ
り、これを形成することは非常に困難を極めるものであ
り、このアンドープＡｌＩｎＡｓ層を、ＭＯＣＶＤ法を
用いた通常の形成方法により形成すると、意図せず導入
される不純物により、上記ドナーＥSD，ＥDD，及びアク
セプタレベルＥA が形成されてしまうものである。
度６２０〜７００℃で成膜したアンドープＡｌＩｎＡｓ
層のエネルギバンド図であり、図において、Ｅｃ，Ｅ
ｖ，ＥSD，ＥA ，ＥDDはそれぞれ伝導帯，価電子帯，浅
いドナー，浅いアクセプタ，深いドナーの各エネルギレ
ベルを示している。ここで、図１４に示したようなドナ
ーレベルＥSD，ＥDD，及びアクセプタレベルＥA は、上
記アンドープＡｌＩｎＡｓ層が真性半導体であれば存在
しないものであるが、真性半導体は理想的な半導体であ
り、これを形成することは非常に困難を極めるものであ
り、このアンドープＡｌＩｎＡｓ層を、ＭＯＣＶＤ法を
用いた通常の形成方法により形成すると、意図せず導入
される不純物により、上記ドナーＥSD，ＥDD，及びアク
セプタレベルＥA が形成されてしまうものである。
【０００４】そして、上記アンドープＡｌＩｎＡｓ層に
おける伝導帯と、価電子帯とのエネルギギャップＥｃ−
Ｅｖは室温で１．４５ｅＶとなり、各ドナーレベルＥS
D，ＥDD，及びアクセプタレベルＥA は以下に示すよう
になる。まず、浅いドナーレベルＥSDは、Ｓｉ，Ｓｅ等
の不純物により形成されたものであり、このレベルＥSD
と上記伝導帯レベルＥｃとの差は、Ｅｃ−ＥSD≒５ｍｅ
Ｖとなる。また、浅いアクセプタレベルＥA は、Ｚｎ等
の不純物により形成されたものであり、このレベルＥA
と上記価電子帯レベルＥｖとの差は、Ｅｖ−ＥA ≒２０
ｍｅＶとなる。さらに、深いドナーレベルＥDDは、酸素
により形成されたものであり、このレベルＥDDと上記伝
導帯レベルＥｃとの差Ｅｃ−ＥDDは、０．３，０．４
５，０．５ｅＶと数多くの値をもつものとなる。
おける伝導帯と、価電子帯とのエネルギギャップＥｃ−
Ｅｖは室温で１．４５ｅＶとなり、各ドナーレベルＥS
D，ＥDD，及びアクセプタレベルＥA は以下に示すよう
になる。まず、浅いドナーレベルＥSDは、Ｓｉ，Ｓｅ等
の不純物により形成されたものであり、このレベルＥSD
と上記伝導帯レベルＥｃとの差は、Ｅｃ−ＥSD≒５ｍｅ
Ｖとなる。また、浅いアクセプタレベルＥA は、Ｚｎ等
の不純物により形成されたものであり、このレベルＥA
と上記価電子帯レベルＥｖとの差は、Ｅｖ−ＥA ≒２０
ｍｅＶとなる。さらに、深いドナーレベルＥDDは、酸素
により形成されたものであり、このレベルＥDDと上記伝
導帯レベルＥｃとの差Ｅｃ−ＥDDは、０．３，０．４
５，０．５ｅＶと数多くの値をもつものとなる。
【０００５】このように、アンドープＡｌＩｎＡｓ層を
ＭＯＣＶＤ法により成長温度６２０〜７００℃で成膜し
た場合、浅いアクセプタが少ないために、該アンドープ
ＡｌＩｎＡｓ層のフェルミレベルは伝導帯近傍に位置す
ることとなり、浅いドナー及び深いドナーのうちの上記
伝導帯レベルに近いエネルギレベルを形成するドナーか
ら電子が室温で励起されて、キャリア濃度１０16ｃｍ-3
（ホール測定）のｎ型の伝導を示すものとなる。
ＭＯＣＶＤ法により成長温度６２０〜７００℃で成膜し
た場合、浅いアクセプタが少ないために、該アンドープ
ＡｌＩｎＡｓ層のフェルミレベルは伝導帯近傍に位置す
ることとなり、浅いドナー及び深いドナーのうちの上記
伝導帯レベルに近いエネルギレベルを形成するドナーか
ら電子が室温で励起されて、キャリア濃度１０16ｃｍ-3
（ホール測定）のｎ型の伝導を示すものとなる。
【０００６】ところで、上記ＩｎＰ系の光デバイス，及
び電子デバイスにおける電流ブロック層，あるいは高抵
抗バッファ層等には、その抵抗率が５×１０4 Ω・ｃｍ
程度のものをよく用いるものであり、また一般的に、抵
抗率が１０3 〜１０8 Ω・ｃｍオーダの化合物半導体を
高抵抗化合物半導体と呼ぶものである。しかるに、ＭＯ
ＣＶＤ法により結晶成長させた上記キャリア濃度１０16
ｃｍ-3のアンドープＡｌＩｎＡｓ層は、その抵抗率が１
Ω・ｃｍ以下となるため、高抵抗化合物半導体であるこ
とが必須条件とされる上記電流ブロック層，あるいは高
抵抗バッファ層等には用いることができない。
び電子デバイスにおける電流ブロック層，あるいは高抵
抗バッファ層等には、その抵抗率が５×１０4 Ω・ｃｍ
程度のものをよく用いるものであり、また一般的に、抵
抗率が１０3 〜１０8 Ω・ｃｍオーダの化合物半導体を
高抵抗化合物半導体と呼ぶものである。しかるに、ＭＯ
ＣＶＤ法により結晶成長させた上記キャリア濃度１０16
ｃｍ-3のアンドープＡｌＩｎＡｓ層は、その抵抗率が１
Ω・ｃｍ以下となるため、高抵抗化合物半導体であるこ
とが必須条件とされる上記電流ブロック層，あるいは高
抵抗バッファ層等には用いることができない。
【０００７】そこで、ＭＯＣＶＤ法により形成する際化
合物半導体を高抵抗化するために、該化合物半導体に、
深いアクセプタ準位を有しているＦｅをドーピングする
ことが知られており、例えば特開平１−２４１８１７号
公報には、ＡｌＧａＡｓ層にＦｅを含有させて該ＡｌＧ
ａＡｓ層を高抵抗化することが記載され、また、Jpn.J.
Appl.Phys.Vol.31(1992)pp,L376-L378 Part2,No.4A,1 A
pril 1992 "Highly Resistive Iron-Doped AlInAs Laye
rs Grown by Metalorganic Chemical Vapor Depositio
n"(H.Ishikawa,M.Kamada,H.Kawai and K.Kaneko) に
は、残留キャリア濃度が１〜２×１０15ｃｍ-3でｎ型の
伝導を示すアンドープＡｌＩｎＡｓ層に、濃度が２×１
０17 atoms・ｃｍ-3のＦｅをドーピングすることによ
り、その抵抗率が１０4 〜１０6 Ω・ｃｍオーダとなる
高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層が得られることが示されている。
即ち、従来の高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層は、ＭＢＥ法を用い
て結晶成長を行うか、もしくはＭＯＣＶＤ法によりＦｅ
をドーピングして結晶成長を行うかのいずれかの方法に
より得ていたものである。
合物半導体を高抵抗化するために、該化合物半導体に、
深いアクセプタ準位を有しているＦｅをドーピングする
ことが知られており、例えば特開平１−２４１８１７号
公報には、ＡｌＧａＡｓ層にＦｅを含有させて該ＡｌＧ
ａＡｓ層を高抵抗化することが記載され、また、Jpn.J.
Appl.Phys.Vol.31(1992)pp,L376-L378 Part2,No.4A,1 A
pril 1992 "Highly Resistive Iron-Doped AlInAs Laye
rs Grown by Metalorganic Chemical Vapor Depositio
n"(H.Ishikawa,M.Kamada,H.Kawai and K.Kaneko) に
は、残留キャリア濃度が１〜２×１０15ｃｍ-3でｎ型の
伝導を示すアンドープＡｌＩｎＡｓ層に、濃度が２×１
０17 atoms・ｃｍ-3のＦｅをドーピングすることによ
り、その抵抗率が１０4 〜１０6 Ω・ｃｍオーダとなる
高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層が得られることが示されている。
即ち、従来の高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層は、ＭＢＥ法を用い
て結晶成長を行うか、もしくはＭＯＣＶＤ法によりＦｅ
をドーピングして結晶成長を行うかのいずれかの方法に
より得ていたものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の高抵抗化合物半
導体層は、以上のような結晶成長法により形成されてお
り、ＭＢＥ法を用いてアンドープの化合物半導体の結晶
成長を行うことにより、該化合物半導体を高抵抗化する
ことができるが、このＭＢＥ法を用いることによって高
抵抗化できる理由は未だ不明であり、かつ該ＭＢＥ法は
リン系の化合物半導体には適用し難いものである。一
方、ＭＯＣＶＤ法を用いた場合は、絶縁膜上への選択成
長等のように面方位依存性を利用した成長を行うことが
でき、かつ、これはリン系および砒素系の化合物半導体
の双方に対しその適用が容易なものであるが、アンドー
プの化合物半導体の結晶成長を行うと、該化合物半導体
がｎ型の伝導を示してしまうという問題がある。これを
補償するためには、上記化合物半導体にＦｅをドーパン
トとしてドーピングを行うと高抵抗化することができる
が、上記ドーピングされたＦｅは、該化合物半導体に隣
接して形成されるｐ型半導体に非常に早い速度で拡散す
ることが一般的に知られており、この拡散したＦｅは化
合物半導体結晶の電気的，光学的特性を劣化させ、これ
を用いる電子デバイス及び光学デバイスの信頼性を低下
させてしまうこととなる。従って、上記化合物半導体に
Ｆｅをドーピングして高抵抗化する結晶成長法，及びこ
の成長法により得た高抵抗化合物半導体層を備えた電子
デバイス，及び光学デバイスは実用的ではないという問
題点があった。
導体層は、以上のような結晶成長法により形成されてお
り、ＭＢＥ法を用いてアンドープの化合物半導体の結晶
成長を行うことにより、該化合物半導体を高抵抗化する
ことができるが、このＭＢＥ法を用いることによって高
抵抗化できる理由は未だ不明であり、かつ該ＭＢＥ法は
リン系の化合物半導体には適用し難いものである。一
方、ＭＯＣＶＤ法を用いた場合は、絶縁膜上への選択成
長等のように面方位依存性を利用した成長を行うことが
でき、かつ、これはリン系および砒素系の化合物半導体
の双方に対しその適用が容易なものであるが、アンドー
プの化合物半導体の結晶成長を行うと、該化合物半導体
がｎ型の伝導を示してしまうという問題がある。これを
補償するためには、上記化合物半導体にＦｅをドーパン
トとしてドーピングを行うと高抵抗化することができる
が、上記ドーピングされたＦｅは、該化合物半導体に隣
接して形成されるｐ型半導体に非常に早い速度で拡散す
ることが一般的に知られており、この拡散したＦｅは化
合物半導体結晶の電気的，光学的特性を劣化させ、これ
を用いる電子デバイス及び光学デバイスの信頼性を低下
させてしまうこととなる。従って、上記化合物半導体に
Ｆｅをドーピングして高抵抗化する結晶成長法，及びこ
の成長法により得た高抵抗化合物半導体層を備えた電子
デバイス，及び光学デバイスは実用的ではないという問
題点があった。
【０００９】この発明は以上のような問題点を解消する
ためになされたもので、ＭＯＣＶＤ法により、ＩｎＰ系
の電子デバイス及び光学デバイスに用いる化合物半導体
層を再現性良く高抵抗化して結晶成長させることがで
き、かつこの成長により得られる高抵抗化合物半導体層
が含有する不純物の，他の化合物半導体層への拡散を抑
制して、該高抵抗化合物半導体層を備えた電子デバイス
及び光学デバイスのデバイス特性を劣化させることのな
いものとできる，高抵抗化合物半導体層とその結晶成長
法，及び該層を用いた半導体装置を得ることを目的とす
るものである。
ためになされたもので、ＭＯＣＶＤ法により、ＩｎＰ系
の電子デバイス及び光学デバイスに用いる化合物半導体
層を再現性良く高抵抗化して結晶成長させることがで
き、かつこの成長により得られる高抵抗化合物半導体層
が含有する不純物の，他の化合物半導体層への拡散を抑
制して、該高抵抗化合物半導体層を備えた電子デバイス
及び光学デバイスのデバイス特性を劣化させることのな
いものとできる，高抵抗化合物半導体層とその結晶成長
法，及び該層を用いた半導体装置を得ることを目的とす
るものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明（請求項１）に
係る高抵抗化合物半導体層は、Ｉｎを含む有機金属、Ａ
ｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物または有機金
属を原料として気相成長させた化合物半導体混晶からな
り、該化合物半導体混晶中のｐ型不純物の濃度を、該化
合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央
に位置させる濃度としたものである。
係る高抵抗化合物半導体層は、Ｉｎを含む有機金属、Ａ
ｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物または有機金
属を原料として気相成長させた化合物半導体混晶からな
り、該化合物半導体混晶中のｐ型不純物の濃度を、該化
合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央
に位置させる濃度としたものである。
【００１１】また、この発明（請求項２）に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記３種類の原料をもって気相成長
させた化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶
中の浅いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度を、該
化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中
央に位置させるに必要な濃度としたものである。
化合物半導体層は、上記３種類の原料をもって気相成長
させた化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶
中の浅いアクセプタ準位を形成する不純物の濃度を、該
化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中
央に位置させるに必要な濃度としたものである。
【００１２】また、この発明（請求項３）に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記３種類の原料をもって気相成長
させた化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶
中のIV族元素のアクセプタ不純物の濃度を、該化合物半
導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置
させる濃度としたものである。
化合物半導体層は、上記３種類の原料をもって気相成長
させた化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶
中のIV族元素のアクセプタ不純物の濃度を、該化合物半
導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置
させる濃度としたものである。
【００１３】また、この発明（請求項４）に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記IV族元素のアクセプタ不純物を
炭素としたものである。
化合物半導体層は、上記IV族元素のアクセプタ不純物を
炭素としたものである。
【００１４】また、この発明（請求項５）に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記３種類の原料をもって気相成長
させた化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶
中のII族元素のアクセプタ不純物の濃度を，該化合物半
導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置
させる濃度としたものである。
化合物半導体層は、上記３種類の原料をもって気相成長
させた化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶
中のII族元素のアクセプタ不純物の濃度を，該化合物半
導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置
させる濃度としたものである。
【００１５】また、この発明（請求項６）に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記II族元素のアクセプタ不純物
を、ドーピングにより上記化合物半導体混晶に取り込ま
れたベリリウムあるいはマグネシウムとしたものであ
る。
化合物半導体層は、上記II族元素のアクセプタ不純物
を、ドーピングにより上記化合物半導体混晶に取り込ま
れたベリリウムあるいはマグネシウムとしたものであ
る。
【００１６】また、この発明（請求項７）に係る高抵抗
化合物半導体層は、上記IV族元素またはII族元素のアク
セプタ不純物に加え、上記化合物半導体混晶中に該アク
セプタ不純物の濃度の１０倍以上の濃度の深いドナー準
位を形成する不純物を含むものとしたものである。ま
た、この発明（請求項８）に係る高抵抗化合物半導体層
は、上記深いドナー準位を形成する不純物を、ドーピン
グにより上記化合物半導体混晶中に取り込まれた酸素と
したものである。
化合物半導体層は、上記IV族元素またはII族元素のアク
セプタ不純物に加え、上記化合物半導体混晶中に該アク
セプタ不純物の濃度の１０倍以上の濃度の深いドナー準
位を形成する不純物を含むものとしたものである。ま
た、この発明（請求項８）に係る高抵抗化合物半導体層
は、上記深いドナー準位を形成する不純物を、ドーピン
グにより上記化合物半導体混晶中に取り込まれた酸素と
したものである。
【００１７】また、この発明（請求項９）に係る高抵抗
化合物半導体層は、Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有
機金属、Ｇａを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物を
原料として気相成長させた化合物半導体混晶からなり、
該化合物半導体混晶中の深いドナー及びアクセプタ準位
を形成する不純物の濃度を，該化合物半導体混晶のフェ
ルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度とし
たものである。
化合物半導体層は、Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有
機金属、Ｇａを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物を
原料として気相成長させた化合物半導体混晶からなり、
該化合物半導体混晶中の深いドナー及びアクセプタ準位
を形成する不純物の濃度を，該化合物半導体混晶のフェ
ルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度とし
たものである。
【００１８】また、この発明（請求項１０）に係る高抵
抗化合物半導体層は、上記深いドナー及びアクセプタ準
位を形成する不純物を、ドーピングにより上記化合物半
導体混晶中に取り込まれた酸素としたものである。
抗化合物半導体層は、上記深いドナー及びアクセプタ準
位を形成する不純物を、ドーピングにより上記化合物半
導体混晶中に取り込まれた酸素としたものである。
【００１９】また、この発明（請求項１１）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、Ｉｎを含む有機金
属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物または
有機金属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所
定の低温度で結晶成長させて、得られる化合物半導体混
晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制
帯幅のほぼ中央に位置させる濃度の不純物を取り込ませ
るようにしたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、Ｉｎを含む有機金
属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物または
有機金属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所
定の低温度で結晶成長させて、得られる化合物半導体混
晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制
帯幅のほぼ中央に位置させる濃度の不純物を取り込ませ
るようにしたものである。
【００２０】また、この発明（請求項１２）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、Ｉｎを含む有機金
属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物または
有機金属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所
定の低温度で結晶成長させて、得られる化合物半導体混
晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制
帯幅のほぼ中央に位置させる濃度のｐ型不純物を取り込
ませるようにしたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、Ｉｎを含む有機金
属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物または
有機金属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所
定の低温度で結晶成長させて、得られる化合物半導体混
晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制
帯幅のほぼ中央に位置させる濃度のｐ型不純物を取り込
ませるようにしたものである。
【００２１】また、この発明（請求項１３）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で気
相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該化合
物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央
に位置させる濃度の浅いアクセプタ準位を形成する不純
物を取り込ませるようにしたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で気
相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該化合
物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央
に位置させる濃度の浅いアクセプタ準位を形成する不純
物を取り込ませるようにしたものである。
【００２２】また、この発明（請求項１４）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で気
相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該化合
物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央
に位置させる濃度のIV族元素のアクセプタ不純物を取り
込ませるようにしたものである。また、この発明（請求
項１５）に係る高抵抗化合物半導体層の結晶成長法は、
上記IV族元素のアクセプタ不純物を、炭素としたもので
ある。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で気
相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該化合
物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央
に位置させる濃度のIV族元素のアクセプタ不純物を取り
込ませるようにしたものである。また、この発明（請求
項１５）に係る高抵抗化合物半導体層の結晶成長法は、
上記IV族元素のアクセプタ不純物を、炭素としたもので
ある。
【００２３】また、この発明（請求項１６）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度のｐ型不純物をドーピングするようにしたもの
である。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度のｐ型不純物をドーピングするようにしたもの
である。
【００２４】また、この発明（請求項１７）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度の浅いアクセプタ準位を形成する不純物をドー
ピングするようにしたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度の浅いアクセプタ準位を形成する不純物をドー
ピングするようにしたものである。
【００２５】また、この発明（請求項１８）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度のIV族元素のアクセプタ不純物をドーピングす
るようにしたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度のIV族元素のアクセプタ不純物をドーピングす
るようにしたものである。
【００２６】また、この発明（請求項１９）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記ドーピングする
IV族元素のアクセプタ不純物を、炭素としたものであ
る。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記ドーピングする
IV族元素のアクセプタ不純物を、炭素としたものであ
る。
【００２７】また、この発明（請求項２０）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度のII族元素のアクセプタ不純物をドーピングす
るようにしたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記３種類の原料を
用い、有機金属化学気相成長法により化合物半導体混晶
を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導
体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置さ
せる濃度のII族元素のアクセプタ不純物をドーピングす
るようにしたものである。
【００２８】また、この発明（請求項２１）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記ドーピングする
II族元素のアクセプタ不純物を、ベリリウムあるいはマ
グネシウムとしたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記ドーピングする
II族元素のアクセプタ不純物を、ベリリウムあるいはマ
グネシウムとしたものである。
【００２９】また、この発明（請求項２２）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記II族元素のアク
セプタ不純物に加え、深いドナー準位を形成する不純物
をドーピングするようにしたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記II族元素のアク
セプタ不純物に加え、深いドナー準位を形成する不純物
をドーピングするようにしたものである。
【００３０】また、この発明（請求項２３）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記深いドナー準位
を形成する不純物を酸素としたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記深いドナー準位
を形成する不純物を酸素としたものである。
【００３１】また、この発明（請求項２４）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記酸素のドーピン
グ量を、上記アクセプタ不純物のドーピング量の１０倍
以上としたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記酸素のドーピン
グ量を、上記アクセプタ不純物のドーピング量の１０倍
以上としたものである。
【００３２】また、この発明（請求項２５）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、Ｉｎを含む有機金
属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物または
有機金属、Ｇａを含む有機金属を原料とし、有機金属化
学気相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長させ、
かつ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェルミ
準位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の深いド
ナー及びアクセプタ準位を形成する不純物をドーピング
するようにしたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、Ｉｎを含む有機金
属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物または
有機金属、Ｇａを含む有機金属を原料とし、有機金属化
学気相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長させ、
かつ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェルミ
準位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の深いド
ナー及びアクセプタ準位を形成する不純物をドーピング
するようにしたものである。
【００３３】また、この発明（請求項２６）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記深いドナー及び
アクセプタ準位を形成する不純物を、酸素としたもので
ある。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、上記深いドナー及び
アクセプタ準位を形成する不純物を、酸素としたもので
ある。
【００３４】また、この発明（請求項２７）に係る半導
体装置は、電流ブロック層を、請求項１ないし１０のい
ずれかに記載の高抵抗化合物半導体層をｉ層とする，ｐ
−ｎ−ｉ−ｎ構造としたものである。
体装置は、電流ブロック層を、請求項１ないし１０のい
ずれかに記載の高抵抗化合物半導体層をｉ層とする，ｐ
−ｎ−ｉ−ｎ構造としたものである。
【００３５】また、この発明（請求項２８）に係る半導
体装置は、上記半導体装置（請求項２７）を長波長レー
ザダイオードとしたものである。
体装置は、上記半導体装置（請求項２７）を長波長レー
ザダイオードとしたものである。
【００３６】また、この発明（請求項２９）に係る半導
体装置は、上記半導体装置（請求項２７）を変調器とし
たものである。
体装置は、上記半導体装置（請求項２７）を変調器とし
たものである。
【００３７】また、この発明（請求項３０）に係る半導
体装置は、上記半導体装置（請求項２７）をレーザダイ
オードと変調器と導波路とフォトダイオードとを集積し
た複合デバイスとしたものである。
体装置は、上記半導体装置（請求項２７）をレーザダイ
オードと変調器と導波路とフォトダイオードとを集積し
た複合デバイスとしたものである。
【００３８】また、この発明（請求項３１）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、請求項１１ないし１
５のいずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長
法において、上記所定の低温度で結晶成長させる前に、
基板温度を該成長温度よりも高い温度に昇温させるよう
にしたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、請求項１１ないし１
５のいずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長
法において、上記所定の低温度で結晶成長させる前に、
基板温度を該成長温度よりも高い温度に昇温させるよう
にしたものである。
【００３９】また、この発明（請求項３２）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、請求項１１ないし１
５のいずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長
法において、マスクに付着するポリの核となる原料種を
除去する効果を持つエッチングガスを添加しながら結晶
成長させるようにしたものである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、請求項１１ないし１
５のいずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長
法において、マスクに付着するポリの核となる原料種を
除去する効果を持つエッチングガスを添加しながら結晶
成長させるようにしたものである。
【００４０】また、この発明（請求項３３）に係る高抵
抗化合物半導体層の結晶成長法は、請求項３２に記載の
高抵抗化合物半導体層の結晶成長法において、上記エッ
チングガスを、ＨＣｌガスあるいはＣｌ2 ガスとしたも
のである。
抗化合物半導体層の結晶成長法は、請求項３２に記載の
高抵抗化合物半導体層の結晶成長法において、上記エッ
チングガスを、ＨＣｌガスあるいはＣｌ2 ガスとしたも
のである。
【００４１】
【作用】この発明に係る高抵抗化合物半導体層，及びそ
の結晶成長法においては、上記３種類の原料を用い、有
機金属化学気相成長法により所定の低温度で結晶成長さ
せて、得られる化合物半導体混晶中に，該化合物半導体
混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央に位置さ
せる濃度のｐ型不純物を取り込ませるようにしたから、
アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶
をそのドナー濃度を相殺させて高抵抗化することがで
き、これにより、気相成長により，これに隣接して積層
される化合物半導体層への不純物拡散の少ない高抵抗Ａ
ｌＩｎＡｓ層を得ることができる。
の結晶成長法においては、上記３種類の原料を用い、有
機金属化学気相成長法により所定の低温度で結晶成長さ
せて、得られる化合物半導体混晶中に，該化合物半導体
混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央に位置さ
せる濃度のｐ型不純物を取り込ませるようにしたから、
アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶
をそのドナー濃度を相殺させて高抵抗化することがで
き、これにより、気相成長により，これに隣接して積層
される化合物半導体層への不純物拡散の少ない高抵抗Ａ
ｌＩｎＡｓ層を得ることができる。
【００４２】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で
気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に，該化
合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中
央に位置させる濃度の浅いアクセプタ準位を形成する不
純物を取り込ませるようにしたから、アンドープの状態
でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶をその浅いドナー
の濃度を相殺させて高抵抗化することができ、これによ
り、気相成長により，これに隣接して積層される化合物
半導体層への不純物拡散の少ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層
を得ることができる。
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で
気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に，該化
合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中
央に位置させる濃度の浅いアクセプタ準位を形成する不
純物を取り込ませるようにしたから、アンドープの状態
でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶をその浅いドナー
の濃度を相殺させて高抵抗化することができ、これによ
り、気相成長により，これに隣接して積層される化合物
半導体層への不純物拡散の少ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層
を得ることができる。
【００４３】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で
気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に，該化
合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中
央に位置させる濃度のIV族元素のアクセプタ不純物を取
り込ませるようにしたから、アンドープの状態でｎ型の
伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナーの濃度
を相殺することにより高抵抗化することができ、これに
より、気相成長により，これに隣接して積層される化合
物半導体層への不純物拡散の少ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ
層を得ることができる。
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度で
気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に，該化
合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯幅のほぼ中
央に位置させる濃度のIV族元素のアクセプタ不純物を取
り込ませるようにしたから、アンドープの状態でｎ型の
伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナーの濃度
を相殺することにより高抵抗化することができ、これに
より、気相成長により，これに隣接して積層される化合
物半導体層への不純物拡散の少ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ
層を得ることができる。
【００４４】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の，ｐ型不純物をドーピングするようにし
たから、アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎ
Ａｓ混晶をその浅いドナーの濃度を相殺させて高抵抗化
することができ、これにより、気相成長により，これに
隣接して積層される化合物半導体層への不純物拡散の少
ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を得ることができる。
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の，ｐ型不純物をドーピングするようにし
たから、アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎ
Ａｓ混晶をその浅いドナーの濃度を相殺させて高抵抗化
することができ、これにより、気相成長により，これに
隣接して積層される化合物半導体層への不純物拡散の少
ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を得ることができる。
【００４５】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の，浅いアクセプタ準位を形成する不純物
をドーピングするようにしたから、アンドープの状態で
ｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナー
の濃度を相殺することにより高抵抗化することができ、
これにより，これに隣接して積層される化合物半導体層
への不純物拡散の少ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を得るこ
とができる。
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の，浅いアクセプタ準位を形成する不純物
をドーピングするようにしたから、アンドープの状態で
ｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナー
の濃度を相殺することにより高抵抗化することができ、
これにより，これに隣接して積層される化合物半導体層
への不純物拡散の少ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を得るこ
とができる。
【００４６】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の，IV族元素のアクセプタ不純物をドーピ
ングするようにしたから、アンドープの状態でｎ型の伝
導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナーの濃度を
相殺することにより高抵抗化することができ、これによ
り，これに隣接して積層される化合物半導体層への不純
物拡散の少ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を得ることができ
る。
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の，IV族元素のアクセプタ不純物をドーピ
ングするようにしたから、アンドープの状態でｎ型の伝
導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナーの濃度を
相殺することにより高抵抗化することができ、これによ
り，これに隣接して積層される化合物半導体層への不純
物拡散の少ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を得ることができ
る。
【００４７】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の，II族元素のアクセプタ不純物をドーピ
ングするようにしたから、アンドープの状態でｎ型の伝
導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナーの濃度を
相殺することにより高抵抗化することができ、これによ
り，これに隣接して積層される化合物半導体層への不純
物拡散の少ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を得ることができ
る。
層，及びその結晶成長法においては、上記３種類の原料
を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導体
混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合物
半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位
置させる濃度の，II族元素のアクセプタ不純物をドーピ
ングするようにしたから、アンドープの状態でｎ型の伝
導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナーの濃度を
相殺することにより高抵抗化することができ、これによ
り，これに隣接して積層される化合物半導体層への不純
物拡散の少ない高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を得ることができ
る。
【００４８】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層，及びその結晶成長法においては、上記II族元素のア
クセプタ不純物に加え、深いドナー準位を形成する不純
物をドーピングするようにしたから、上記ＡｌＩｎＡｓ
混晶を，そのフェルミ準位の制御範囲を拡大することに
より高抵抗化することができ、これにより，これに隣接
して積層される化合物半導体層への不純物拡散の少ない
高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を得ることができる。
層，及びその結晶成長法においては、上記II族元素のア
クセプタ不純物に加え、深いドナー準位を形成する不純
物をドーピングするようにしたから、上記ＡｌＩｎＡｓ
混晶を，そのフェルミ準位の制御範囲を拡大することに
より高抵抗化することができ、これにより，これに隣接
して積層される化合物半導体層への不純物拡散の少ない
高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を得ることができる。
【００４９】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層，及びその結晶成長法においては、Ｉｎを含む有機金
属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物または
有機金属、Ｇａを含む有機金属を原料にして、有機金属
化学気相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長さ
せ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶中に深
いドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物をドーピ
ングするようにしたから、得られる化合物半導体混晶に
おける深いドナー及びアクセプタの準位の数が増大し
て，その禁制帯中央近傍に多数のエネルギ準位が形成さ
れた状態で、上記深いドナー及びアクセプタ準位を形成
する不純物がドーピングされることとなり、、その結
果、そのフェルミ準位がその禁制帯のほぼ中央に位置し
て、高抵抗化がなされることとなる。
層，及びその結晶成長法においては、Ｉｎを含む有機金
属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物または
有機金属、Ｇａを含む有機金属を原料にして、有機金属
化学気相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長さ
せ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶中に深
いドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物をドーピ
ングするようにしたから、得られる化合物半導体混晶に
おける深いドナー及びアクセプタの準位の数が増大し
て，その禁制帯中央近傍に多数のエネルギ準位が形成さ
れた状態で、上記深いドナー及びアクセプタ準位を形成
する不純物がドーピングされることとなり、、その結
果、そのフェルミ準位がその禁制帯のほぼ中央に位置し
て、高抵抗化がなされることとなる。
【００５０】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層の結晶成長法においては、請求項１１ないし１５のい
ずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法にお
いて、上記所定の低温度で結晶成長させる前に、基板温
度を該成長温度よりも高い温度に昇温させるようにした
ので、マスクに付着するポリを抑制する効果を持つリン
原子（又は水素原子）の，ホスフィンからの分解が促進
され、これにより高抵抗化合物半導体層を厚く成長させ
ることができる。
層の結晶成長法においては、請求項１１ないし１５のい
ずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法にお
いて、上記所定の低温度で結晶成長させる前に、基板温
度を該成長温度よりも高い温度に昇温させるようにした
ので、マスクに付着するポリを抑制する効果を持つリン
原子（又は水素原子）の，ホスフィンからの分解が促進
され、これにより高抵抗化合物半導体層を厚く成長させ
ることができる。
【００５１】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層の結晶成長法においては、請求項１１ないし１５のい
ずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法にお
いて、マスクに付着するポリの核となる原料種を除去す
る効果を持つエッチングガスを添加しながら結晶成長さ
せるようにしたので、高抵抗化合物半導体層を成長させ
ることのできる温度範囲を広げることができる。
層の結晶成長法においては、請求項１１ないし１５のい
ずれかに記載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法にお
いて、マスクに付着するポリの核となる原料種を除去す
る効果を持つエッチングガスを添加しながら結晶成長さ
せるようにしたので、高抵抗化合物半導体層を成長させ
ることのできる温度範囲を広げることができる。
【００５２】また、この発明に係る半導体装置において
は、電流ブロック層を、請求項１ないし１０のいずれか
に記載の高抵抗化合物半導体層をｉ層とする，ｐ−ｎ−
ｉ−ｎ構造としたので、電流ブロック層をさらに高抵抗
化させることができる。
は、電流ブロック層を、請求項１ないし１０のいずれか
に記載の高抵抗化合物半導体層をｉ層とする，ｐ−ｎ−
ｉ−ｎ構造としたので、電流ブロック層をさらに高抵抗
化させることができる。
【００５３】
実施例１．以下、この発明の第１の実施例を図について
説明する。図１(a) は、本発明の第１の実施例による高
抵抗化合物半導体層の結晶成長法により得た高抵抗Ａｌ
ＩｎＡｓ層のエネルギバンド図であり、図において、Ｅ
ｃ，Ｅｖ，ＥSD，ＥA ，ＥDDはそれぞれ伝導帯，価電子
帯，浅いドナー，浅いアクセプタ，深いドナーの各エネ
ルギレベルを示し、ＮSD，ＮA ，ＮDDはそれぞれ浅いド
ナー，浅いアクセプタ，深いドナーの各レベルの濃度を
示す。
説明する。図１(a) は、本発明の第１の実施例による高
抵抗化合物半導体層の結晶成長法により得た高抵抗Ａｌ
ＩｎＡｓ層のエネルギバンド図であり、図において、Ｅ
ｃ，Ｅｖ，ＥSD，ＥA ，ＥDDはそれぞれ伝導帯，価電子
帯，浅いドナー，浅いアクセプタ，深いドナーの各エネ
ルギレベルを示し、ＮSD，ＮA ，ＮDDはそれぞれ浅いド
ナー，浅いアクセプタ，深いドナーの各レベルの濃度を
示す。
【００５４】また、図１(b) は、その層構造を簡略化し
て示した半導体レーザの断面図であり、これは、ｎ−Ｉ
ｎＰ層１、活性層２、およびｐ−ＩｎＰ層３を形成し、
上記３つの層１，２，３をメサ状にエッチングし、その
エッチングした部分に、電流ブロック層となる高抵抗Ａ
ｌＩｎＡｓ層４を埋め込み形成したのち、上記ｐ−Ｉｎ
Ｐ層３及び高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層４上に、さらにｐ−Ｉ
ｎＰ層３を形成してなるものである。
て示した半導体レーザの断面図であり、これは、ｎ−Ｉ
ｎＰ層１、活性層２、およびｐ−ＩｎＰ層３を形成し、
上記３つの層１，２，３をメサ状にエッチングし、その
エッチングした部分に、電流ブロック層となる高抵抗Ａ
ｌＩｎＡｓ層４を埋め込み形成したのち、上記ｐ−Ｉｎ
Ｐ層３及び高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層４上に、さらにｐ−Ｉ
ｎＰ層３を形成してなるものである。
【００５５】次に、上記高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層４の結晶
成長法について説明する。まず、結晶成長を行う装置と
して縦型ＭＯＣＶＤ炉を用いる。そして、原料にはトリ
メチルインジウム（ＴＭＩ），トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ），アルシン（ＡS Ｈ3 ）（１０％）を用い、
これら材料ガスをそれぞれ流量１９cc／min ，２．５cc
／min ，１７０cc／min で反応炉中に流す。そして、成
長温度は、通常の成長温度である約６００℃〜７００℃
よりも低温の５００℃として気相成長させる。
成長法について説明する。まず、結晶成長を行う装置と
して縦型ＭＯＣＶＤ炉を用いる。そして、原料にはトリ
メチルインジウム（ＴＭＩ），トリメチルアルミニウム
（ＴＭＡ），アルシン（ＡS Ｈ3 ）（１０％）を用い、
これら材料ガスをそれぞれ流量１９cc／min ，２．５cc
／min ，１７０cc／min で反応炉中に流す。そして、成
長温度は、通常の成長温度である約６００℃〜７００℃
よりも低温の５００℃として気相成長させる。
【００５６】図４は、ＡｌＩｎＡｓの成長温度を６５０
℃から５０℃ずつ順次下げて気相成長させ、各成長温度
で得られた上記ＡｌＩｎＡｓの抵抗率を調べた結果を示
したものであるが、この結果から判るように、上記５０
０℃の低温で結晶を気相成長させることにより、抵抗率
５×１０4 Ω・ｃｍの高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層４を得るこ
とができるものである。
℃から５０℃ずつ順次下げて気相成長させ、各成長温度
で得られた上記ＡｌＩｎＡｓの抵抗率を調べた結果を示
したものであるが、この結果から判るように、上記５０
０℃の低温で結晶を気相成長させることにより、抵抗率
５×１０4 Ω・ｃｍの高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層４を得るこ
とができるものである。
【００５７】次に、成長温度を下げることにより高い抵
抗率が得られるメカニズムについて詳述する。図２は、
化合物半導体の成長温度に対する該化合物半導体中の不
純物濃度の変化、つまり、不純物濃度の成長温度依存性
をＳＩＭＳ(Secondary Ion Mass Spectroscopy) により
分析した結果を示した図であり、この図２から、上記成
長温度５００℃で結晶成長させると深いドナーである酸
素の濃度がやや増加するとともに、ｐ型不純物でありア
クセプタ種である炭素（Ｃ）の濃度が高くなることがわ
かる。
抗率が得られるメカニズムについて詳述する。図２は、
化合物半導体の成長温度に対する該化合物半導体中の不
純物濃度の変化、つまり、不純物濃度の成長温度依存性
をＳＩＭＳ(Secondary Ion Mass Spectroscopy) により
分析した結果を示した図であり、この図２から、上記成
長温度５００℃で結晶成長させると深いドナーである酸
素の濃度がやや増加するとともに、ｐ型不純物でありア
クセプタ種である炭素（Ｃ）の濃度が高くなることがわ
かる。
【００５８】そして、図３は、浅いアクセプタの濃度Ｎ
A と、フェルミレベル，Ｅｃ−ＥFとの関係を示す図で
あり、これは、通常の成長温度の約６００℃〜７００℃
で、上記炭素と同じように浅いアクセプタレベルＥA の
準位をもつＺｎをドーピングしてＡｌＩｎＡｓを結晶成
長させ、Ｚｎ濃度を増加させた場合の上記ＡｌＩｎＡｓ
のフェルミレベルの変化を調べてグラフに表したもので
ある。この図３における実線ｌから、上記アクセプタ濃
度ＮA が２×１０16cm-3から３×１０17cm-3の範囲で
は、上記フェルミレベル，Ｅｃ−ＥF が４３０〜６００
ｍｅＶまで緩やかに変化していることがわかる。但し、
従来例の説明でJournal of Crystal Growth 131(1993)
P.186 〜192 を引用して述べたように、本来アンドープ
ＡｌＩｎＡｓ中には酸素が形成する深いドナーレベルＥ
DDが多く存在するものであるが、上記図３においては、
上記アクセプタ濃度ＮA の増加によるフェルミレベル，
Ｅｃ−ＥF の変化をわかりやすくするために、そのうち
の１つのドナーレベルである, Ｅｃ−ＥDD＝５００ｍｅ
Ｖ，ドナー濃度ＮDD≒３×１０17cm-3、の準位について
示したものであり、このときのアンドープＡｌＩｎＡｓ
の濃度ＮSD−ＮA は約１×１０16cm-3である。ここで、
上記ドナーレベル, Ｅｃ−ＥDD＝５００ｍｅＶより浅い
準位のドナーが多く存在したとしても、上記フェルミレ
ベル，Ｅｃ−ＥF の階段的変化が、その準位の数だけ増
加するだけであり、ＡｌＩｎＡｓを高抵抗化するうえで
のアクセプタ濃度ＮA の制御性は損なわれることはない
ものである。なお、深いドナー濃度ＮDDを増加させる
と、アクセプタ濃度ＮA とフェルミレベル, Ｅｃ−ＥF
との関係は上記図３の実線ｌから破線ｍで示したように
なり、これは、アクセプタ濃度ＮA の制御範囲を広げる
こととなる。
A と、フェルミレベル，Ｅｃ−ＥFとの関係を示す図で
あり、これは、通常の成長温度の約６００℃〜７００℃
で、上記炭素と同じように浅いアクセプタレベルＥA の
準位をもつＺｎをドーピングしてＡｌＩｎＡｓを結晶成
長させ、Ｚｎ濃度を増加させた場合の上記ＡｌＩｎＡｓ
のフェルミレベルの変化を調べてグラフに表したもので
ある。この図３における実線ｌから、上記アクセプタ濃
度ＮA が２×１０16cm-3から３×１０17cm-3の範囲で
は、上記フェルミレベル，Ｅｃ−ＥF が４３０〜６００
ｍｅＶまで緩やかに変化していることがわかる。但し、
従来例の説明でJournal of Crystal Growth 131(1993)
P.186 〜192 を引用して述べたように、本来アンドープ
ＡｌＩｎＡｓ中には酸素が形成する深いドナーレベルＥ
DDが多く存在するものであるが、上記図３においては、
上記アクセプタ濃度ＮA の増加によるフェルミレベル，
Ｅｃ−ＥF の変化をわかりやすくするために、そのうち
の１つのドナーレベルである, Ｅｃ−ＥDD＝５００ｍｅ
Ｖ，ドナー濃度ＮDD≒３×１０17cm-3、の準位について
示したものであり、このときのアンドープＡｌＩｎＡｓ
の濃度ＮSD−ＮA は約１×１０16cm-3である。ここで、
上記ドナーレベル, Ｅｃ−ＥDD＝５００ｍｅＶより浅い
準位のドナーが多く存在したとしても、上記フェルミレ
ベル，Ｅｃ−ＥF の階段的変化が、その準位の数だけ増
加するだけであり、ＡｌＩｎＡｓを高抵抗化するうえで
のアクセプタ濃度ＮA の制御性は損なわれることはない
ものである。なお、深いドナー濃度ＮDDを増加させる
と、アクセプタ濃度ＮA とフェルミレベル, Ｅｃ−ＥF
との関係は上記図３の実線ｌから破線ｍで示したように
なり、これは、アクセプタ濃度ＮA の制御範囲を広げる
こととなる。
【００５９】即ち、化合物半導体を高抵抗化するために
は、該化合物半導体のフェルミレベルをその禁制帯のほ
ぼ中央にする必要があり、禁制帯幅が１．４５ｅＶのＡ
ｌＩｎＡｓを高抵抗化する場合、そのフェルミレベルを
約０．４５〜１．０ｅＶにすると良く、上述のように成
長温度を５００℃にすることにより、酸素による深いド
ナー濃度ＮDDがやや増えるとともに、浅いアクセプタ準
位を形成する炭素の結晶中に取り込まれる量が増加して
炭素濃度が増大し、この炭素濃度の増大が浅いドナー濃
度ＮSDからアクセプタ濃度ＮA を引いた濃度を減少させ
て上記ＡｌＩｎＡｓのフェルミレベルを下げることとな
る。そして、上記炭素によるアクセプタ濃度ＮA が２×
１０16cm-3程度になると、ＡｌＩｎＡｓのフェルミレベ
ルが４３０ｍｅＶとなり、これにより該ＡｌＩｎＡｓと
して、抵抗率５×１０4 Ω・ｃｍの高抵抗ＡｌＩｎＡｓ
混晶が得られることとなる。
は、該化合物半導体のフェルミレベルをその禁制帯のほ
ぼ中央にする必要があり、禁制帯幅が１．４５ｅＶのＡ
ｌＩｎＡｓを高抵抗化する場合、そのフェルミレベルを
約０．４５〜１．０ｅＶにすると良く、上述のように成
長温度を５００℃にすることにより、酸素による深いド
ナー濃度ＮDDがやや増えるとともに、浅いアクセプタ準
位を形成する炭素の結晶中に取り込まれる量が増加して
炭素濃度が増大し、この炭素濃度の増大が浅いドナー濃
度ＮSDからアクセプタ濃度ＮA を引いた濃度を減少させ
て上記ＡｌＩｎＡｓのフェルミレベルを下げることとな
る。そして、上記炭素によるアクセプタ濃度ＮA が２×
１０16cm-3程度になると、ＡｌＩｎＡｓのフェルミレベ
ルが４３０ｍｅＶとなり、これにより該ＡｌＩｎＡｓと
して、抵抗率５×１０4 Ω・ｃｍの高抵抗ＡｌＩｎＡｓ
混晶が得られることとなる。
【００６０】以上のように、本実施例１においては、Ｔ
ＭＩ，ＴＭＡ，ＡｓＨ3 を原料とし、ＭＯＣＶＤ装置を
用いて、成長温度５００℃で結晶を気相成長させるよう
にしたので、上記結晶中に取り込まれる，浅いアクセプ
タ準位を形成するｐ型不純物の炭素の量が増加し、アク
セプタ濃度ＮA が増大することにより、結晶のフェルミ
レベルが下がることとなり、これにより、気相成長によ
り形成されるＡｌＩｎＡｓ混晶のフェルミレベルをその
禁制帯のほぼ中央である０．５ｅＶ近傍に位置させて、
高抵抗のＡｌＩｎＡｓとすることができる。このため、
この気相成長による高抵抗ＡｌＩｎＡｓを、図１(b) に
示したような半導体レーザの電流ブロック層４に用いた
場合にも、従来のＦｅドープ高抵抗ＡｌＩｎＡｓのよう
に、隣接するｐ−ＩｎＰ層３に不純物拡散が生じてデバ
イス特性の劣化を招くということのない、高抵抗ＡｌＩ
ｎＡｓ層４を得ることができる。
ＭＩ，ＴＭＡ，ＡｓＨ3 を原料とし、ＭＯＣＶＤ装置を
用いて、成長温度５００℃で結晶を気相成長させるよう
にしたので、上記結晶中に取り込まれる，浅いアクセプ
タ準位を形成するｐ型不純物の炭素の量が増加し、アク
セプタ濃度ＮA が増大することにより、結晶のフェルミ
レベルが下がることとなり、これにより、気相成長によ
り形成されるＡｌＩｎＡｓ混晶のフェルミレベルをその
禁制帯のほぼ中央である０．５ｅＶ近傍に位置させて、
高抵抗のＡｌＩｎＡｓとすることができる。このため、
この気相成長による高抵抗ＡｌＩｎＡｓを、図１(b) に
示したような半導体レーザの電流ブロック層４に用いた
場合にも、従来のＦｅドープ高抵抗ＡｌＩｎＡｓのよう
に、隣接するｐ−ＩｎＰ層３に不純物拡散が生じてデバ
イス特性の劣化を招くということのない、高抵抗ＡｌＩ
ｎＡｓ層４を得ることができる。
【００６１】なお、本実施例１では結晶成長の原料とし
て、ＴＭＩ，ＴＭＡ，ＡｓＨ3 を用いたが、Ｉｎを含む
有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物
または有機金属を用いるものであれば良く、例えば上記
ＴＭＩ，ＴＭＡに代えて、各々エチル基を有するＴＥ
Ｉ，ＴＥＡを用いても、また、ＡｓＨ3 に代えてＴＢＡ
を用いても良いことは言うまでもない。
て、ＴＭＩ，ＴＭＡ，ＡｓＨ3 を用いたが、Ｉｎを含む
有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物
または有機金属を用いるものであれば良く、例えば上記
ＴＭＩ，ＴＭＡに代えて、各々エチル基を有するＴＥ
Ｉ，ＴＥＡを用いても、また、ＡｓＨ3 に代えてＴＢＡ
を用いても良いことは言うまでもない。
【００６２】実施例２．上記実施例１では、ＡｌＩｎＡ
ｓ混晶を気相成長させるときの成長温度を、通常の成長
温度６００℃〜７００℃より低い温度とすることによ
り、結晶中に自然に導入される，浅いアクセプタ準位を
形成する炭素の濃度を増大させて高抵抗化するようにし
たものであるが、本実施例２は、アクセプタ原料をバブ
ラーから反応管に導入して高抵抗化するようにしたもの
である。
ｓ混晶を気相成長させるときの成長温度を、通常の成長
温度６００℃〜７００℃より低い温度とすることによ
り、結晶中に自然に導入される，浅いアクセプタ準位を
形成する炭素の濃度を増大させて高抵抗化するようにし
たものであるが、本実施例２は、アクセプタ原料をバブ
ラーから反応管に導入して高抵抗化するようにしたもの
である。
【００６３】図５は、ＡｌＩｎＡｓにアクセプタ原料で
あるＺｎをドーピングしたときの、該ＡｌＩｎＡｓにお
ける抵抗率のＺｎ濃度依存性を調べたグラフであり、こ
の図５から、ｎ型の伝導を示すアンドープＡｌＩｎＡｓ
に対し、徐々にドーピング量を増やしてＺｎ濃度を増加
させていくと、抵抗率も徐々に増加し、Ｚｎ濃度が５×
１０17cm-3あたりになったときに高抵抗のＡｌＩｎＡｓ
となり、さらに、Ｚｎ濃度を高めると、ｐ型の伝導を示
すＡｌＩｎＡｓとなることがわかる。
あるＺｎをドーピングしたときの、該ＡｌＩｎＡｓにお
ける抵抗率のＺｎ濃度依存性を調べたグラフであり、こ
の図５から、ｎ型の伝導を示すアンドープＡｌＩｎＡｓ
に対し、徐々にドーピング量を増やしてＺｎ濃度を増加
させていくと、抵抗率も徐々に増加し、Ｚｎ濃度が５×
１０17cm-3あたりになったときに高抵抗のＡｌＩｎＡｓ
となり、さらに、Ｚｎ濃度を高めると、ｐ型の伝導を示
すＡｌＩｎＡｓとなることがわかる。
【００６４】しかるに、アクセプタ種としてＺｎを用い
て結晶成長させたＺｎドープＡｌＩｎＡｓは、これを例
えば図６に示したような半導体レーザにおける電流ブロ
ック層４’に用いた場合、該ＺｎドープＡｌＩｎＡｓ高
抵抗層４’からこれに隣接している他の層へＺｎが拡散
し（、または逆の現象が起こり）、該層４’中に含まれ
るＺｎが減少（または増加）してその抵抗率が下がるこ
とにより、活性層２の両側の抵抗率が下がって活性層わ
きを流れるレーザ発振に寄与しない電流成分が増加して
レーザ特性を悪くするものとなってしまう。
て結晶成長させたＺｎドープＡｌＩｎＡｓは、これを例
えば図６に示したような半導体レーザにおける電流ブロ
ック層４’に用いた場合、該ＺｎドープＡｌＩｎＡｓ高
抵抗層４’からこれに隣接している他の層へＺｎが拡散
し（、または逆の現象が起こり）、該層４’中に含まれ
るＺｎが減少（または増加）してその抵抗率が下がるこ
とにより、活性層２の両側の抵抗率が下がって活性層わ
きを流れるレーザ発振に寄与しない電流成分が増加して
レーザ特性を悪くするものとなってしまう。
【００６５】そこで、本実施例２においては、ドーパン
トとして、Ｚｎに比べて拡散しにくく、かつ上記実施例
１における炭素と同様、浅いアクセプタ準位を形成する
ｐ型不純物であるベリリウムを用いるようにした。
トとして、Ｚｎに比べて拡散しにくく、かつ上記実施例
１における炭素と同様、浅いアクセプタ準位を形成する
ｐ型不純物であるベリリウムを用いるようにした。
【００６６】即ち、上記実施例１と同じくＭＯＣＶＤ法
により結晶成長させるＡｌＩｎＡｓの原料にＴＭＩ，Ｔ
ＭＡ，ＡｓＨ3 を用い、これに加えて、Ｂｅを含む有機
金属であるＢｅ（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 （ビスメチルシク
ロペンタジエニルベリリウム）をバブラーから反応管に
導入し、成長温度６００℃で、Ｂｅを濃度２×１０16cm
-3から３×１０17cm-3の範囲でドーピングすることによ
り、該気相成長により形成される結晶のフェルミレベル
を０．５ｅＶ近傍で制御することができ、これにより、
高抵抗ＡｌＩｎＡｓを得ることができる。なお、上記Ｂ
ｅを含む有機金属にＤＥＢｅ（ジエチルベリリウム）を
用いてベリリウムをドーピングしても、上記フェルミレ
ベルを０．５ｅＶ近傍にして、高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を
得ることができることは言うまでもない。
により結晶成長させるＡｌＩｎＡｓの原料にＴＭＩ，Ｔ
ＭＡ，ＡｓＨ3 を用い、これに加えて、Ｂｅを含む有機
金属であるＢｅ（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 （ビスメチルシク
ロペンタジエニルベリリウム）をバブラーから反応管に
導入し、成長温度６００℃で、Ｂｅを濃度２×１０16cm
-3から３×１０17cm-3の範囲でドーピングすることによ
り、該気相成長により形成される結晶のフェルミレベル
を０．５ｅＶ近傍で制御することができ、これにより、
高抵抗ＡｌＩｎＡｓを得ることができる。なお、上記Ｂ
ｅを含む有機金属にＤＥＢｅ（ジエチルベリリウム）を
用いてベリリウムをドーピングしても、上記フェルミレ
ベルを０．５ｅＶ近傍にして、高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層を
得ることができることは言うまでもない。
【００６７】実施例３．この発明の第３の実施例は、マ
グネシウムをドーパントに用いて、上記実施例２に示し
たように、ＭＯＣＶＤ法により成長温度６００℃でＡｌ
ＩｎＡｓ混晶を気相成長させるものである。このときの
Ｍｇを含む有機金属には、Ｍｇ（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2
（ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム）を用
い、ドーピングするＭｇ濃度は、２×１０16cm-3から３
×１０17cm-3の範囲とした。
グネシウムをドーパントに用いて、上記実施例２に示し
たように、ＭＯＣＶＤ法により成長温度６００℃でＡｌ
ＩｎＡｓ混晶を気相成長させるものである。このときの
Ｍｇを含む有機金属には、Ｍｇ（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2
（ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウム）を用
い、ドーピングするＭｇ濃度は、２×１０16cm-3から３
×１０17cm-3の範囲とした。
【００６８】本実施例３においても、拡散係数が小さ
く、浅いアクセプタ準位を形成するｐ型不純物であるマ
グネシウムを、気相成長させる結晶中にそのフェルミレ
ベルがそのバンドギャップのほぼ中央になるようにドー
ピングしたので、デバイス特性を劣化させない高抵抗Ａ
ｌＩｎＡｓ層を得ることができる。
く、浅いアクセプタ準位を形成するｐ型不純物であるマ
グネシウムを、気相成長させる結晶中にそのフェルミレ
ベルがそのバンドギャップのほぼ中央になるようにドー
ピングしたので、デバイス特性を劣化させない高抵抗Ａ
ｌＩｎＡｓ層を得ることができる。
【００６９】なお、本実施例３，及び上記実施例２にお
いて、ＡｌＩｎＡｓを高抵抗化できるのは、ドーピング
する浅いアクセプタ準位を形成するｐ型不純物が、浅い
ドナーと相殺してそのフェルミレベルを下げることによ
るものであり、ドーピング方法によるものではないた
め、上記マグネシウム，あるいはベリリウムを一般的に
知られているドーピング方法を用いてドーピングするこ
とができ、用いるドーピング方法を問わず同様の効果を
得ることができ、さらに、拡散係数がこの２つのｐ型不
純物よりも小さい炭素を、上記実施例１のように、成長
温度を下げることにより自然に取り込ませるのではな
く、ドーピングにより結晶中に導入するようにしても良
いものである。
いて、ＡｌＩｎＡｓを高抵抗化できるのは、ドーピング
する浅いアクセプタ準位を形成するｐ型不純物が、浅い
ドナーと相殺してそのフェルミレベルを下げることによ
るものであり、ドーピング方法によるものではないた
め、上記マグネシウム，あるいはベリリウムを一般的に
知られているドーピング方法を用いてドーピングするこ
とができ、用いるドーピング方法を問わず同様の効果を
得ることができ、さらに、拡散係数がこの２つのｐ型不
純物よりも小さい炭素を、上記実施例１のように、成長
温度を下げることにより自然に取り込ませるのではな
く、ドーピングにより結晶中に導入するようにしても良
いものである。
【００７０】実施例４．上記実施例１〜３では、深いド
ナー準位を形成する酸素を、ＭＯＣＶＤ装置内の残留酸
素及びＨ2 Ｏを利用して自然に結晶中に取り込ませてい
たが、本実施例４は、酸素ガスを用いて、ドーピングに
より結晶中の酸素濃度を制御するようにしたものであ
る。即ち、Ｈｅベースの１００ｐｐｍ酸素ガスをＭＯＣ
ＶＤ装置の反応管内にＴＭＡ，ＴＭＩ，ＡＨ3 ，Ｂｅ
（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 とともに導入し、酸素及びＢｅド
ープＡｌＩｎＡｓ層を気相成長する。このとき、酸素ド
ーピング量に対して深いドナー濃度は１／１０程度にな
るため、ベリリウムのドーピング量の１０倍以上の量で
酸素ドーピングを行う。
ナー準位を形成する酸素を、ＭＯＣＶＤ装置内の残留酸
素及びＨ2 Ｏを利用して自然に結晶中に取り込ませてい
たが、本実施例４は、酸素ガスを用いて、ドーピングに
より結晶中の酸素濃度を制御するようにしたものであ
る。即ち、Ｈｅベースの１００ｐｐｍ酸素ガスをＭＯＣ
ＶＤ装置の反応管内にＴＭＡ，ＴＭＩ，ＡＨ3 ，Ｂｅ
（ＣＨ3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 とともに導入し、酸素及びＢｅド
ープＡｌＩｎＡｓ層を気相成長する。このとき、酸素ド
ーピング量に対して深いドナー濃度は１／１０程度にな
るため、ベリリウムのドーピング量の１０倍以上の量で
酸素ドーピングを行う。
【００７１】本実施例４においては、ドーピングにより
結晶中の酸素濃度を高めるようにしたので、これにより
気相成長により形成されるＡｌＩｎＡｓ混晶のフェルミ
レベルの制御範囲を拡大することができ、高抵抗ＡｌＩ
ｎＡｓ層を得ることができる効果がある。なお、アクセ
プタ種としてベリリウムを用いた場合について説明した
が、これはベリリウムに限らず、上記実施例３のように
マグネシウム、あるいは炭素を用いても同じ効果を得る
ことができる。
結晶中の酸素濃度を高めるようにしたので、これにより
気相成長により形成されるＡｌＩｎＡｓ混晶のフェルミ
レベルの制御範囲を拡大することができ、高抵抗ＡｌＩ
ｎＡｓ層を得ることができる効果がある。なお、アクセ
プタ種としてベリリウムを用いた場合について説明した
が、これはベリリウムに限らず、上記実施例３のように
マグネシウム、あるいは炭素を用いても同じ効果を得る
ことができる。
【００７２】実施例５．また、酸素ガスのかわりに、Ｈ
2 Ｏガス，あるいはＡｌＯ（ＣＨ3 ）3 〔メトキシアル
ミニウム〕をＨ2 でバブリングして酸素を導入してもよ
く、該メトキシアルミニウムの蒸気圧は、２０℃で０．
１４mmＨｇとＴＭＡの蒸気圧（９．２mmＨｇ）より非常
に小さいので、ＡｌＩｎＡｓの組成には影響を及ぼさな
い。本実施例５においても、上記実施例４と同様の効果
を得ることができる。
2 Ｏガス，あるいはＡｌＯ（ＣＨ3 ）3 〔メトキシアル
ミニウム〕をＨ2 でバブリングして酸素を導入してもよ
く、該メトキシアルミニウムの蒸気圧は、２０℃で０．
１４mmＨｇとＴＭＡの蒸気圧（９．２mmＨｇ）より非常
に小さいので、ＡｌＩｎＡｓの組成には影響を及ぼさな
い。本実施例５においても、上記実施例４と同様の効果
を得ることができる。
【００７３】実施例６．上記実施例１〜５では、浅いア
クセプタレベルＥA を形成するｐ型不純物を導入するこ
とにより、気相成長により成長されるＡｌＩｎＡｓ混晶
のフェルミレベルをそのバンドギャップのほぼ中央に位
置させるようにしたものであるが、本実施例６は、Ｇａ
を加えることにより、図７に示したように、酸素が形成
する深いドナーレベルＥDDの数を増大させて該ＡｌＩｎ
Ａｓ混晶を高抵抗化するようにしたものである。
クセプタレベルＥA を形成するｐ型不純物を導入するこ
とにより、気相成長により成長されるＡｌＩｎＡｓ混晶
のフェルミレベルをそのバンドギャップのほぼ中央に位
置させるようにしたものであるが、本実施例６は、Ｇａ
を加えることにより、図７に示したように、酸素が形成
する深いドナーレベルＥDDの数を増大させて該ＡｌＩｎ
Ａｓ混晶を高抵抗化するようにしたものである。
【００７４】即ち、ＩｎＰ系の光デバイス，あるいは電
子デバイスに多く用いるＩｎＰ基板に格子整合する組成
のＡｌＩｎＡｓ混晶の酸素レベルＥT は、０．３，０．
４５，０．０５ｅＶであるが、該ＡｌＩｎＡｓ混晶にＧ
ａを加えて、上記ＡｌＩｎＡｓ混晶と同じくＩｎＰ基板
に格子整合する組成（Ａｌy Ｇａ1-y ）ｘＩｎ1-x Ａｓ
（ｘ＝０．４８，０≦ｙ≦１）のＡｌＧａＩｎＡｓ混晶
とした場合、酸素が形成するレベルは、さらに深く、か
つ増えることとなり、Ｅｃ−ＥT ≒０．４ｅＶからＥA
−ＥT ＝０．１４ｅＶまでの多くのレベルが形成され
る。従って、上記ＡｌＧａＩｎＡｓ混晶に酸素をドーピ
ングすると、該ＡｌＧａＩｎＡｓ混晶には深いドナー，
及び深いアクセプタが存在するため、結晶のフェルミレ
ベルはそのバンドギャップ中央に位置することとなり、
これにより高抵抗ＡｌＧａＩｎＡｓ層を容易に得ること
ができる。
子デバイスに多く用いるＩｎＰ基板に格子整合する組成
のＡｌＩｎＡｓ混晶の酸素レベルＥT は、０．３，０．
４５，０．０５ｅＶであるが、該ＡｌＩｎＡｓ混晶にＧ
ａを加えて、上記ＡｌＩｎＡｓ混晶と同じくＩｎＰ基板
に格子整合する組成（Ａｌy Ｇａ1-y ）ｘＩｎ1-x Ａｓ
（ｘ＝０．４８，０≦ｙ≦１）のＡｌＧａＩｎＡｓ混晶
とした場合、酸素が形成するレベルは、さらに深く、か
つ増えることとなり、Ｅｃ−ＥT ≒０．４ｅＶからＥA
−ＥT ＝０．１４ｅＶまでの多くのレベルが形成され
る。従って、上記ＡｌＧａＩｎＡｓ混晶に酸素をドーピ
ングすると、該ＡｌＧａＩｎＡｓ混晶には深いドナー，
及び深いアクセプタが存在するため、結晶のフェルミレ
ベルはそのバンドギャップ中央に位置することとなり、
これにより高抵抗ＡｌＧａＩｎＡｓ層を容易に得ること
ができる。
【００７５】なお、上記ＡｌＧａＩｎＡｓ混晶は、Ｉｎ
Ｐ基板に格子整合する組成（ＡｌyＧａ1-y ）ｘＩｎ1-x
Ａｓ（ｘ＝０．４８，０≦ｙ≦１）のものであるが、
格子整合する組成のＡｌＧａＩｎＡｓ層に限らず、本実
施例６の結晶成長法により、高抵抗ＡｌＧａＩｎＡｓ層
を得ることができるものである。
Ｐ基板に格子整合する組成（ＡｌyＧａ1-y ）ｘＩｎ1-x
Ａｓ（ｘ＝０．４８，０≦ｙ≦１）のものであるが、
格子整合する組成のＡｌＧａＩｎＡｓ層に限らず、本実
施例６の結晶成長法により、高抵抗ＡｌＧａＩｎＡｓ層
を得ることができるものである。
【００７６】実施例７．この発明の第７の実施例は、高
抵抗化合物半導体層を用いた長波長半導体レーザを作製
するものである。本実施例を説明する前に、まず従来の
長波長半導体レーザの構造とその製造方法について説明
する。図８は、従来の長波長半導体レーザの構造とその
製造方法を説明するための図である。図において、１０
０はｎ−ＩｎＰ基板，１はｎ−ＩｎＰ基板１００の上に
形成されたｎ−ＩｎＰ層，２はｎ−ＩｎＰ層１とｐ−Ｉ
ｎＰ層３との間に挟まれた活性層，２００はｐ−ＩｎＰ
層３ａ上に形成されたｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層，１０は電流狭窄構造を実現するためのＦｅドープＩ
ｎＰ高抵抗層であり、Ｆｅ濃度を１０16cm-3とすること
で、１０8 Ωcm程度の抵抗率が得られ、現在もっとも利
用されている高抵抗層である。
抵抗化合物半導体層を用いた長波長半導体レーザを作製
するものである。本実施例を説明する前に、まず従来の
長波長半導体レーザの構造とその製造方法について説明
する。図８は、従来の長波長半導体レーザの構造とその
製造方法を説明するための図である。図において、１０
０はｎ−ＩｎＰ基板，１はｎ−ＩｎＰ基板１００の上に
形成されたｎ−ＩｎＰ層，２はｎ−ＩｎＰ層１とｐ−Ｉ
ｎＰ層３との間に挟まれた活性層，２００はｐ−ＩｎＰ
層３ａ上に形成されたｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層，１０は電流狭窄構造を実現するためのＦｅドープＩ
ｎＰ高抵抗層であり、Ｆｅ濃度を１０16cm-3とすること
で、１０8 Ωcm程度の抵抗率が得られ、現在もっとも利
用されている高抵抗層である。
【００７７】次にこの長波長半導体レーザの製造方法に
ついて説明する。まず、ｎ−ＩｎＰ基板１００上にＭＯ
ＣＶＤ法を用いて、ｎ−ＩｎＰ層２０，アンドープ層３
０，ｐ−ＩｎＰ層４０を順次成長した後、スパッタによ
りＳｉＯ2 膜を成膜し、通常のホトレジスト技術を用い
てＳｉＯ2 ストライプ５０を形成する（図８(a) ）。
ついて説明する。まず、ｎ−ＩｎＰ基板１００上にＭＯ
ＣＶＤ法を用いて、ｎ−ＩｎＰ層２０，アンドープ層３
０，ｐ−ＩｎＰ層４０を順次成長した後、スパッタによ
りＳｉＯ2 膜を成膜し、通常のホトレジスト技術を用い
てＳｉＯ2 ストライプ５０を形成する（図８(a) ）。
【００７８】次いでＳｉＯ2 ストライプ５０をマスクと
してウェットエッチングにより図８(b) のようなメサを
形成した後、ＭＯＣＶＤ法によりＦｅ−ＩｎＰ層１０を
メサ両側に選択埋め込み成長する（図８(c) ）。
してウェットエッチングにより図８(b) のようなメサを
形成した後、ＭＯＣＶＤ法によりＦｅ−ＩｎＰ層１０を
メサ両側に選択埋め込み成長する（図８(c) ）。
【００７９】そして、ＳｉＯ2 ストライプ５０をＨＦで
除去した後、再びＭＯＣＶＤ法を用いてｐ−ＩｎＰ層３
ａ，ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２００を順次成長
する（図８(d) ）。
除去した後、再びＭＯＣＶＤ法を用いてｐ−ＩｎＰ層３
ａ，ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層２００を順次成長
する（図８(d) ）。
【００８０】このようにして形成した長波長半導体レー
ザは、図８(d) に示すように、活性層２の両側を高抵抗
層であるＦｅ−ＩｎＰ層１０で埋め込んだことにより、
注入電流を活性層２に集中させるとともに、Ｆｅ−Ｉｎ
Ｐ層１０の屈折率が活性層２より小さいため、活性層３
に光を効率よく閉じ込めることができ、レーザの特性を
向上させることができるが、以下に示す問題点がある。
ザは、図８(d) に示すように、活性層２の両側を高抵抗
層であるＦｅ−ＩｎＰ層１０で埋め込んだことにより、
注入電流を活性層２に集中させるとともに、Ｆｅ−Ｉｎ
Ｐ層１０の屈折率が活性層２より小さいため、活性層３
に光を効率よく閉じ込めることができ、レーザの特性を
向上させることができるが、以下に示す問題点がある。
【００８１】図９は、Ｆｅ−ＩｎＰ層とｐ−ＩｎＰ（ド
ーパントＺｎ）層とが隣りあった時の結晶中のそれぞれ
のドーパント（Ｆｅ，Ｚｎ）の分布をＳＩＭＳ分析した
結果である。図において、横軸は表面からの深さ、縦軸
はＦｅ及びＺｎの濃度である。実線及び点線はそれぞれ
Ｆｅ及びＺｎのプロファイルを示す。この図から、Ｆｅ
は、Ｚｎ−ＩｎＰ層の中へ１０μｍ程度拡散し、その時
のＦｅ濃度は、ＦｅのＩｎＰ中の固溶限界に近い１０17
cm-3程度であることがわかる。
ーパントＺｎ）層とが隣りあった時の結晶中のそれぞれ
のドーパント（Ｆｅ，Ｚｎ）の分布をＳＩＭＳ分析した
結果である。図において、横軸は表面からの深さ、縦軸
はＦｅ及びＺｎの濃度である。実線及び点線はそれぞれ
Ｆｅ及びＺｎのプロファイルを示す。この図から、Ｆｅ
は、Ｚｎ−ＩｎＰ層の中へ１０μｍ程度拡散し、その時
のＦｅ濃度は、ＦｅのＩｎＰ中の固溶限界に近い１０17
cm-3程度であることがわかる。
【００８２】即ち、上述の長波長半導体レーザ（図８
(d) ）に示すレーザ構造の場合、Ｆｅ−ＩｎＰ層１０か
らのｐ−ＩｎＰ層３及び活性層３へのＦｅの拡散と、ｐ
−ＩｎＰ層４からの活性層３へのＺｎの拡散とによりレ
ーザの電気的，光学的特性が劣化する。
(d) ）に示すレーザ構造の場合、Ｆｅ−ＩｎＰ層１０か
らのｐ−ＩｎＰ層３及び活性層３へのＦｅの拡散と、ｐ
−ＩｎＰ層４からの活性層３へのＺｎの拡散とによりレ
ーザの電気的，光学的特性が劣化する。
【００８３】以下本実施例の長波長半導体レーザについ
て説明する。まず、成長温度５００°ＣでＭＯＣＶＤ法
により結晶成長したアンドープＡｌＩｎＡｓ層の電気的
特性について示す。ｎ−ＩｎＰ基板上にアンドープＡｌ
0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を成長温度５００°Ｃで３μｍ成長
したのち、さらにｎ及びｐ−ＩｎＰ層を成長温度６５０
°Ｃでそれぞれ０．５μｍ成長してｐ−ｎ−ｉ−ｎ構造
を作製した。これをメサ型に加工して電流電圧特性をｎ
−ｉ−ｎ構造及びｐ−ｉ−ｎ構造と比較した。図１に、
それぞれの構造の電流電圧特性を示す。ｎ−ｉ−ｎ構造
では、電子のみがアンドープＡｌＩｎＡｓ層に注入され
るので、抵抗率は２×１０8 Ωcmと高抵抗であるのに対
し、ｐ−ｉ−ｎ構造では、ｎ及びｐ−ＩｎＰ層からそれ
ぞれ電子とホールとがアンドープＡｌＩｎＡｓ層に注入
されて再結合するため、抵抗率は１Ωcm以下になった。
一方、ｐ−ｎ−ｉ−ｎ構造では、ｐ−ＩｎＰ層とアンド
ープＡｌＩｎＡｓ層との間のｎ−ＩｎＰ層によりアンド
ープＡｌＩｎＡｓ層へのホールの注入が抑えられるた
め、１×１０10Ωcm以上の高い抵抗率が得られた。
て説明する。まず、成長温度５００°ＣでＭＯＣＶＤ法
により結晶成長したアンドープＡｌＩｎＡｓ層の電気的
特性について示す。ｎ−ＩｎＰ基板上にアンドープＡｌ
0.48Ｉｎ0.52Ａｓ層を成長温度５００°Ｃで３μｍ成長
したのち、さらにｎ及びｐ−ＩｎＰ層を成長温度６５０
°Ｃでそれぞれ０．５μｍ成長してｐ−ｎ−ｉ−ｎ構造
を作製した。これをメサ型に加工して電流電圧特性をｎ
−ｉ−ｎ構造及びｐ−ｉ−ｎ構造と比較した。図１に、
それぞれの構造の電流電圧特性を示す。ｎ−ｉ−ｎ構造
では、電子のみがアンドープＡｌＩｎＡｓ層に注入され
るので、抵抗率は２×１０8 Ωcmと高抵抗であるのに対
し、ｐ−ｉ−ｎ構造では、ｎ及びｐ−ＩｎＰ層からそれ
ぞれ電子とホールとがアンドープＡｌＩｎＡｓ層に注入
されて再結合するため、抵抗率は１Ωcm以下になった。
一方、ｐ−ｎ−ｉ−ｎ構造では、ｐ−ＩｎＰ層とアンド
ープＡｌＩｎＡｓ層との間のｎ−ＩｎＰ層によりアンド
ープＡｌＩｎＡｓ層へのホールの注入が抑えられるた
め、１×１０10Ωcm以上の高い抵抗率が得られた。
【００８４】従って、長波長ＬＤの電流ブロック層とし
てＡｌＩｎＡｓ層を用いるためには埋め込み構造をｐ−
ｎ−ｉ−ｎ構造にする必要がある。ただし、電子デバイ
スにおいて電子又はホールを単独で利用する際の高抵抗
層として用いる場合はこの限りでない。
てＡｌＩｎＡｓ層を用いるためには埋め込み構造をｐ−
ｎ−ｉ−ｎ構造にする必要がある。ただし、電子デバイ
スにおいて電子又はホールを単独で利用する際の高抵抗
層として用いる場合はこの限りでない。
【００８５】次に、電流ブロック層としてＡｌＩｎＡｓ
層を用い、埋め込み構造をｐ−ｎ−ｉ−ｎ構造とした長
波長ＬＤ製造プロセスについて図１１に示す。ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１００上にｎ−ＩｎＰ層（１μｍ，１×１０18cm
-3）１，活性層（０．１μｍ）２，ｐ−ＩｎＰ層（０．
５μｍ，１×１０18cm-3）３を成長温度６００°ＣでＭ
ＯＣＶＤ法を用いて順次成長する（図１１(a) ）。表面
にＳｉＯ2 膜をスパッタで成膜し、通常の写真製版技術
を用いて（１１０）方向にＳｉＯ2 ストライプ５０を形
成する。次にＨＢｒ系のエッチング液を用いてメサを形
成する（図１１(b) ）。再びＭＯＣＶＤ法を用いて成長
温度５００°ＣでアンドープＡｌＩｎＡｓ層（３μｍ，
高抵抗）６を成長した後、成長温度６００°Ｃでｎ−Ｉ
ｎＰ電流ブロック層（０．５μｍ，１×１０18cm-3）７
をＳｉＯ2 ストライプ５上にポリ結晶を成長させること
なく選択成長する（図１１(c) ）。ＳｉＯ2 ストライプ
５をＨＦ系エッチング液で除去した後、ｐ−ＩｎＰ層
（１μｍ，１×１０18cm-3）３ａ，ｐ−ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層（１μｍ，１×１０19cm-3）２００を再びＭ
ＯＣＶＤ法で成長して長波長ＬＤ構造を作製する（図１
１(d)）。
層を用い、埋め込み構造をｐ−ｎ−ｉ−ｎ構造とした長
波長ＬＤ製造プロセスについて図１１に示す。ｎ−Ｉｎ
Ｐ基板１００上にｎ−ＩｎＰ層（１μｍ，１×１０18cm
-3）１，活性層（０．１μｍ）２，ｐ−ＩｎＰ層（０．
５μｍ，１×１０18cm-3）３を成長温度６００°ＣでＭ
ＯＣＶＤ法を用いて順次成長する（図１１(a) ）。表面
にＳｉＯ2 膜をスパッタで成膜し、通常の写真製版技術
を用いて（１１０）方向にＳｉＯ2 ストライプ５０を形
成する。次にＨＢｒ系のエッチング液を用いてメサを形
成する（図１１(b) ）。再びＭＯＣＶＤ法を用いて成長
温度５００°ＣでアンドープＡｌＩｎＡｓ層（３μｍ，
高抵抗）６を成長した後、成長温度６００°Ｃでｎ−Ｉ
ｎＰ電流ブロック層（０．５μｍ，１×１０18cm-3）７
をＳｉＯ2 ストライプ５上にポリ結晶を成長させること
なく選択成長する（図１１(c) ）。ＳｉＯ2 ストライプ
５をＨＦ系エッチング液で除去した後、ｐ−ＩｎＰ層
（１μｍ，１×１０18cm-3）３ａ，ｐ−ＩｎＧａＡｓコ
ンタクト層（１μｍ，１×１０19cm-3）２００を再びＭ
ＯＣＶＤ法で成長して長波長ＬＤ構造を作製する（図１
１(d)）。
【００８６】この製法におけるポイントは図１１(c) の
プロセスである。この時の成長温度プロファイルを図１
２に示す。通常は、上記実施例１で説明したように高抵
抗アンドープＡｌＩｎＡｓ層４の成長温度である５００
°Ｃにリン圧で昇温してから成長を開始する（プロファ
イルａ）。しかしこの場合、アンドープＡｌＩｎＡｓ層
４は１μｍ程度（時間にして約１時間）しか選択成長す
ることができない。それ以上の膜厚を成長しようとする
とＳｉＯ2 ストライプ５０上にポリＡｌＩｎＡｓ結晶が
析出する。レーザを高速動作させるためには、レーザの
寄生容量を減らす必要があり、そのためにはアンドープ
ＡｌＩｎＡｓ層４をできるだけ厚くする必要がある。例
えばレーザ出力の伝送レートが２．５〜１０Ｇｂ／ｓで
あれば、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４の膜厚は３μｍ程
度必要である。
プロセスである。この時の成長温度プロファイルを図１
２に示す。通常は、上記実施例１で説明したように高抵
抗アンドープＡｌＩｎＡｓ層４の成長温度である５００
°Ｃにリン圧で昇温してから成長を開始する（プロファ
イルａ）。しかしこの場合、アンドープＡｌＩｎＡｓ層
４は１μｍ程度（時間にして約１時間）しか選択成長す
ることができない。それ以上の膜厚を成長しようとする
とＳｉＯ2 ストライプ５０上にポリＡｌＩｎＡｓ結晶が
析出する。レーザを高速動作させるためには、レーザの
寄生容量を減らす必要があり、そのためにはアンドープ
ＡｌＩｎＡｓ層４をできるだけ厚くする必要がある。例
えばレーザ出力の伝送レートが２．５〜１０Ｇｂ／ｓで
あれば、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４の膜厚は３μｍ程
度必要である。
【００８７】そこで１度アンドープＡｌＩｎＡｓ層の成
長温度よりも高い基板温度（例えば６００°Ｃ）に昇温
した後、５００°Ｃまで降温して成長を行うと、アンド
ープＡｌＩｎＡｓ層４は３μｍ程度までＳｉＯ2 ストラ
イプ５の上にポリＡｌＩｎＡｓ結晶が析出することな
く、埋め込み成長ができる（プロファイルｂ）。
長温度よりも高い基板温度（例えば６００°Ｃ）に昇温
した後、５００°Ｃまで降温して成長を行うと、アンド
ープＡｌＩｎＡｓ層４は３μｍ程度までＳｉＯ2 ストラ
イプ５の上にポリＡｌＩｎＡｓ結晶が析出することな
く、埋め込み成長ができる（プロファイルｂ）。
【００８８】これは成長前にホスフィンから分解したリ
ン原子（又は水素原子）が、ＳｉＯ2 ストライプ５を全
面に覆うことにより、ポリＡｌＩｎＡｓ結晶がＳｉＯ2
膜に付着することを抑制するためである。また、アンド
ープＡｌＩｎＡｓ層４成長前のホスフィンを流している
温度を高くすることによりホスフィンの分解を促進する
ことができるため、図１２の(a) と比較して(b) のプロ
ファイルの方がアンドープＩｎＩｎＡｓ層４の膜を厚く
選択成長できる。
ン原子（又は水素原子）が、ＳｉＯ2 ストライプ５を全
面に覆うことにより、ポリＡｌＩｎＡｓ結晶がＳｉＯ2
膜に付着することを抑制するためである。また、アンド
ープＡｌＩｎＡｓ層４成長前のホスフィンを流している
温度を高くすることによりホスフィンの分解を促進する
ことができるため、図１２の(a) と比較して(b) のプロ
ファイルの方がアンドープＩｎＩｎＡｓ層４の膜を厚く
選択成長できる。
【００８９】以上のように５００°Ｃという低温でＡｌ
ＩｎＡｓ層を、ＳｉＯ2 ストライプ５上にポリＡｌＩｎ
Ａｓ結晶を付着させずに選択埋め込み成長するために
は、成長前の温度プロファイルを制御することが極めて
重要である。
ＩｎＡｓ層を、ＳｉＯ2 ストライプ５上にポリＡｌＩｎ
Ａｓ結晶を付着させずに選択埋め込み成長するために
は、成長前の温度プロファイルを制御することが極めて
重要である。
【００９０】本実施例の製造方法で作製した長波長ＬＤ
の光出力／注入電流特性を図１３に示す。該長波長ＬＤ
はしきい値電流８ｍＡで発振し、良好な特性が得られて
いることがわかる。
の光出力／注入電流特性を図１３に示す。該長波長ＬＤ
はしきい値電流８ｍＡで発振し、良好な特性が得られて
いることがわかる。
【００９１】このような本実施例７においては、電流ブ
ロック層としてアンドープＡｌＩｎＡｓ層を用い、埋め
込み構造をｐ−ｎ−ｉ−ｎ構造とした長波長ＬＤの製造
プロセスにおいて、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４の選択
埋め込み成長を、成長温度（５００°Ｃ）よりも高い基
板温度に昇温した後、５００°Ｃまで降温して行うよう
にしたので、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４成長前のホス
フィンを流す温度が高くなり、ホスフィンからのリン原
子（又は水素原子）への分解が促進され、該リン原子
（又は水素原子）がＳｉＯ2 ストライプ５の全面を覆
い、ポリＡｌＩｎＡｓ結晶がＳｉＯ2 膜に付着するのを
抑制することができる。このためアンドープＡｌＩｎＡ
ｓ層４の膜を厚く選択成長でき、レーザを高速動作させ
ることのできる長波長ＬＤを得ることができる。
ロック層としてアンドープＡｌＩｎＡｓ層を用い、埋め
込み構造をｐ−ｎ−ｉ−ｎ構造とした長波長ＬＤの製造
プロセスにおいて、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４の選択
埋め込み成長を、成長温度（５００°Ｃ）よりも高い基
板温度に昇温した後、５００°Ｃまで降温して行うよう
にしたので、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４成長前のホス
フィンを流す温度が高くなり、ホスフィンからのリン原
子（又は水素原子）への分解が促進され、該リン原子
（又は水素原子）がＳｉＯ2 ストライプ５の全面を覆
い、ポリＡｌＩｎＡｓ結晶がＳｉＯ2 膜に付着するのを
抑制することができる。このためアンドープＡｌＩｎＡ
ｓ層４の膜を厚く選択成長でき、レーザを高速動作させ
ることのできる長波長ＬＤを得ることができる。
【００９２】また、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４にはＦ
ｅ−ＩｎＰ層中のＦｅのような非常に拡散しやすいドー
パントが含まれていない。従って、ｐ型ＩｎＰ層のｐ型
ドーパントにＺｎよりも拡散しにくいＢｅを用いること
によって、活性層３中に拡散してくる不純物量を抑える
ことができるため、長波長ＬＤを設計通りの不純物プロ
ファイルに製作することができる。なお、本実施例では
マスクとしてＳｉＯ2 膜を用いたが、これはＳｉＯ1-x
Ｎx （０＜x ≦１）膜を用いても同じ効果が得られる。
ｅ−ＩｎＰ層中のＦｅのような非常に拡散しやすいドー
パントが含まれていない。従って、ｐ型ＩｎＰ層のｐ型
ドーパントにＺｎよりも拡散しにくいＢｅを用いること
によって、活性層３中に拡散してくる不純物量を抑える
ことができるため、長波長ＬＤを設計通りの不純物プロ
ファイルに製作することができる。なお、本実施例では
マスクとしてＳｉＯ2 膜を用いたが、これはＳｉＯ1-x
Ｎx （０＜x ≦１）膜を用いても同じ効果が得られる。
【００９３】実施例８．上記実施例７ではアンドープＡ
ｌＩｎＡｓ層４の成長前の温度プロファイルを変えるこ
とにより、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４の埋め込み層厚
を厚くすることを述べた。この場合、選択埋め込み成長
できる温度は、上記実施例１で説明したように５００±
２５°Ｃと非常に狭い。本実施例は、成長中にエッチン
グガスを微量添加することによりその成長温度範囲を広
げるものである。
ｌＩｎＡｓ層４の成長前の温度プロファイルを変えるこ
とにより、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４の埋め込み層厚
を厚くすることを述べた。この場合、選択埋め込み成長
できる温度は、上記実施例１で説明したように５００±
２５°Ｃと非常に狭い。本実施例は、成長中にエッチン
グガスを微量添加することによりその成長温度範囲を広
げるものである。
【００９４】以下本実施例の長波長半導体レーザについ
て説明する。図１１(c) のアンドープＡｌＩｎＡｓ層４
成長中に、ＨＣｌガス（又はＣｌ2ガス）を５〜２０CC/
minほど添加しながら成長を行う。この際、昇温プロフ
ァイルは図１２の(a) ，(b) のどちらでもかまわない。
ＨＣｌはＳｉＯ2 ストライプ５０に付着するポリＡｌＩ
ｎＡｓ結晶の核となる原料種を除去する効果があるた
め、選択埋め込み成長できる温度範囲を４７５〜６００
°Ｃまで広げることができる。
て説明する。図１１(c) のアンドープＡｌＩｎＡｓ層４
成長中に、ＨＣｌガス（又はＣｌ2ガス）を５〜２０CC/
minほど添加しながら成長を行う。この際、昇温プロフ
ァイルは図１２の(a) ，(b) のどちらでもかまわない。
ＨＣｌはＳｉＯ2 ストライプ５０に付着するポリＡｌＩ
ｎＡｓ結晶の核となる原料種を除去する効果があるた
め、選択埋め込み成長できる温度範囲を４７５〜６００
°Ｃまで広げることができる。
【００９５】また図１１(c) の構造からＳｉＯ2 ストラ
イプ５０を除去する際に、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４
の表面露出部分、即ちＳｉＯ2 ストライプ５０とアンド
ープＡｌＩｎＡｓ層６とが接触している部分は酸化され
やすいものとなる。そして、この酸化されている領域が
広いとｐ−ＩｎＰ層３ａが平坦に成長しない。そこでｐ
−ＩｎＰ層３ａを成長する前にＨＣｌガスを流して、酸
化した表面層をうすくライトエッチングすることによ
り、ｐ−ＩｎＰ層８を平坦に成長することができる。
イプ５０を除去する際に、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４
の表面露出部分、即ちＳｉＯ2 ストライプ５０とアンド
ープＡｌＩｎＡｓ層６とが接触している部分は酸化され
やすいものとなる。そして、この酸化されている領域が
広いとｐ−ＩｎＰ層３ａが平坦に成長しない。そこでｐ
−ＩｎＰ層３ａを成長する前にＨＣｌガスを流して、酸
化した表面層をうすくライトエッチングすることによ
り、ｐ−ＩｎＰ層８を平坦に成長することができる。
【００９６】このような本実施例８においては、電流ブ
ロック層としてアンドープＡｌＩｎＡｓ層を用い、埋め
込み構造をｐ−ｎ−ｉ−ｎ構造とした長波長ＬＤの製造
プロセスにおいて、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４の選択
埋め込み成長を、ＨＣｌガス（又はＣｌ2 ガス）を５〜
２０CC/minほど添加しながら行うようにしたので、ＨＣ
ｌがＳｉＯ2 ストライプ５０に付着するポリＡｌＩｎＡ
ｓ結晶の核となる原料種を除去することとなり、選択埋
め込み成長できる温度範囲を４７５〜６００°Ｃまで広
げることができる。このため成長温度をシビアに制御し
なくても、アンドープＩｎＩｎＡｓ層４の膜を厚く選択
成長した，高速動作させることのできる長波長ＬＤを得
ることができる。
ロック層としてアンドープＡｌＩｎＡｓ層を用い、埋め
込み構造をｐ−ｎ−ｉ−ｎ構造とした長波長ＬＤの製造
プロセスにおいて、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４の選択
埋め込み成長を、ＨＣｌガス（又はＣｌ2 ガス）を５〜
２０CC/minほど添加しながら行うようにしたので、ＨＣ
ｌがＳｉＯ2 ストライプ５０に付着するポリＡｌＩｎＡ
ｓ結晶の核となる原料種を除去することとなり、選択埋
め込み成長できる温度範囲を４７５〜６００°Ｃまで広
げることができる。このため成長温度をシビアに制御し
なくても、アンドープＩｎＩｎＡｓ層４の膜を厚く選択
成長した，高速動作させることのできる長波長ＬＤを得
ることができる。
【００９７】また、アンドープＡｌＩｎＡｓ層４にはＦ
ｅ−ＩｎＰ層中のＦｅのような非常に拡散しやすいドー
パントが含まれていない。従って、ｐ型ＩｎＰ層のｐ型
ドーパントにＺｎよりも拡散しにくいＢｅを用いること
によって、活性層３中に拡散してくる不純物量を抑える
ことができるため、長波長ＬＤを設計通りの不純物プロ
ファイルに作製することができる。
ｅ−ＩｎＰ層中のＦｅのような非常に拡散しやすいドー
パントが含まれていない。従って、ｐ型ＩｎＰ層のｐ型
ドーパントにＺｎよりも拡散しにくいＢｅを用いること
によって、活性層３中に拡散してくる不純物量を抑える
ことができるため、長波長ＬＤを設計通りの不純物プロ
ファイルに作製することができる。
【００９８】なお、上記実施例７，８では、長波長ＬＤ
単体について述べたが、動作電圧を逆にすることにより
構成される単体変調器、あるいはＬＤと、変調器と、導
波路と、ＰＤとを集積した複合デバイスの埋め込み層に
適用してもよく、上記と同様の効果が得られる。
単体について述べたが、動作電圧を逆にすることにより
構成される単体変調器、あるいはＬＤと、変調器と、導
波路と、ＰＤとを集積した複合デバイスの埋め込み層に
適用してもよく、上記と同様の効果が得られる。
【００９９】
【発明の効果】この発明によれば、Ｉｎを含む有機金
属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物及び有
機金属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所定
の低温度で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶
中に該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯の
ほぼ中央に位置させる濃度の不純物が導入されるように
したので、アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩ
ｎＡｓ混晶を，そのドナー濃度が相殺されることにより
高抵抗化することができ、その結果、気相成長法を用い
て，これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑
えられた高抵抗化合物半導体層を再現性よく形成するこ
とができる効果がある。
属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物及び有
機金属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所定
の低温度で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶
中に該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯の
ほぼ中央に位置させる濃度の不純物が導入されるように
したので、アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩ
ｎＡｓ混晶を，そのドナー濃度が相殺されることにより
高抵抗化することができ、その結果、気相成長法を用い
て，これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑
えられた高抵抗化合物半導体層を再現性よく形成するこ
とができる効果がある。
【０１００】この発明によれば、Ｉｎを含む有機金属、
Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物及び有機金
属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所定の低
温度で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に
該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ
中央に位置させる濃度の，ｐ型不純物が導入されるよう
にしたので、アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌ
ＩｎＡｓ混晶を，そのドナー濃度が相殺されることによ
り高抵抗化することができ、その結果、気相成長法を用
いて，これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が
抑えられた高抵抗化合物半導体層を再現性よく形成する
ことができる効果がある。
Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物及び有機金
属を原料とし、有機金属化学気相成長法により所定の低
温度で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に
該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ
中央に位置させる濃度の，ｐ型不純物が導入されるよう
にしたので、アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌ
ＩｎＡｓ混晶を，そのドナー濃度が相殺されることによ
り高抵抗化することができ、その結果、気相成長法を用
いて，これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が
抑えられた高抵抗化合物半導体層を再現性よく形成する
ことができる効果がある。
【０１０１】また、この発明によれば、上記３種類の原
料を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度
で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該
化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中
央に位置させる濃度の，浅いアクセプタ準位を形成する
不純物が導入されるようにしたので、アンドープの状態
でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナ
ーの濃度が相殺されることにより高抵抗化することがで
き、その結果、気相成長法を用いて，これに隣接する化
合物半導体層への不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物
半導体層を再現性良く得ることができる効果がある。
料を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度
で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該
化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中
央に位置させる濃度の，浅いアクセプタ準位を形成する
不純物が導入されるようにしたので、アンドープの状態
でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナ
ーの濃度が相殺されることにより高抵抗化することがで
き、その結果、気相成長法を用いて，これに隣接する化
合物半導体層への不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物
半導体層を再現性良く得ることができる効果がある。
【０１０２】また、この発明によれば、上記３種類の原
料を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度
で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該
化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中
央に位置させる濃度の，IV族元素のアクセプタ不純物が
導入されるようにしたので、アンドープの状態でｎ型の
伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナーの濃度
が相殺されることにより高抵抗化することができ、その
結果、気相成長法を用いて，これに隣接する化合物半導
体層への不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物半導体層
を再現性良く得ることができる効果がある。
料を用い、有機金属化学気相成長法により所定の低温度
で気相成長させて、得られる化合物半導体混晶中に、該
化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯のほぼ中
央に位置させる濃度の，IV族元素のアクセプタ不純物が
導入されるようにしたので、アンドープの状態でｎ型の
伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナーの濃度
が相殺されることにより高抵抗化することができ、その
結果、気相成長法を用いて，これに隣接する化合物半導
体層への不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物半導体層
を再現性良く得ることができる効果がある。
【０１０３】また、この発明によれば、上記３種類の原
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，ｐ型不純
物をドーピングするようにしたので、アンドープの状態
でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナ
ーの濃度が相殺されることにより高抵抗化することがで
き、その結果、気相成長法を用いて，これに隣接する化
合物半導体層への不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物
半導体層を再現性良く得ることができる効果がある。
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，ｐ型不純
物をドーピングするようにしたので、アンドープの状態
でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶を，その浅いドナ
ーの濃度が相殺されることにより高抵抗化することがで
き、その結果、気相成長法を用いて，これに隣接する化
合物半導体層への不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物
半導体層を再現性良く得ることができる効果がある。
【０１０４】また、この発明によれば、上記３種類の原
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，浅いアク
セプタ準位を形成する不純物をドーピングするようにし
たので、アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎ
Ａｓ混晶を，その浅いドナーの濃度が相殺されることに
より高抵抗化することができ、その結果、気相成長法を
用いて，これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散
が抑えられた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得るこ
とができる効果がある。
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，浅いアク
セプタ準位を形成する不純物をドーピングするようにし
たので、アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎ
Ａｓ混晶を，その浅いドナーの濃度が相殺されることに
より高抵抗化することができ、その結果、気相成長法を
用いて，これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散
が抑えられた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得るこ
とができる効果がある。
【０１０５】また、この発明によれば、上記３種類の原
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度のIV族元素の
アクセプタ不純物をドーピングするようにしたので、ア
ンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶
を，その浅いドナーの濃度が相殺されることにより高抵
抗化することができ、その結果、気相成長法を用いて，
これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑えら
れた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得ることができ
る効果がある。
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度のIV族元素の
アクセプタ不純物をドーピングするようにしたので、ア
ンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶
を，その浅いドナーの濃度が相殺されることにより高抵
抗化することができ、その結果、気相成長法を用いて，
これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑えら
れた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得ることができ
る効果がある。
【０１０６】また、この発明によれば、上記３種類の原
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，II族元素
のアクセプタ不純物をドーピングするようにしたので、
アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶
を，その浅いドナーの濃度が相殺されることにより高抵
抗化することができ、その結果、気相成長法を用いて，
これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑えら
れた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得ることができ
る効果がある。
料を用いて、有機金属化学気相成長法により化合物半導
体混晶を結晶成長させ、かつ、この結晶成長時に該化合
物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェルミ準位
をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，II族元素
のアクセプタ不純物をドーピングするようにしたので、
アンドープの状態でｎ型の伝導を示すＡｌＩｎＡｓ混晶
を，その浅いドナーの濃度が相殺されることにより高抵
抗化することができ、その結果、気相成長法を用いて，
これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑えら
れた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得ることができ
る効果がある。
【０１０７】また、この発明によれば、上記II族元素の
アクセプタ不純物に加え、深いドナー準位を形成する不
純物をドーピングするようにしたので、上記ＡｌＩｎＡ
ｓ混晶のフェルミ準位の制御範囲が拡大することによ
り、これがより高抵抗化することとなり、その結果、気
相成長法を用いて，これに隣接する化合物半導体層への
不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物半導体層をより一
層再現性良く得ることができる効果がある。
アクセプタ不純物に加え、深いドナー準位を形成する不
純物をドーピングするようにしたので、上記ＡｌＩｎＡ
ｓ混晶のフェルミ準位の制御範囲が拡大することによ
り、これがより高抵抗化することとなり、その結果、気
相成長法を用いて，これに隣接する化合物半導体層への
不純物拡散が抑えられた高抵抗化合物半導体層をより一
層再現性良く得ることができる効果がある。
【０１０８】また、この発明によれば、Ｉｎを含む有機
金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物また
は有機金属、Ｇａを含む有機金属を原料とし、有機金属
化学気相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長さ
せ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶中に深
いドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物をドーピ
ングするようにしたので、得られる化合物半導体混晶
は、深いドナー及びアクセプタの準位の数が増大し，そ
の禁制帯中央近傍に多数のエネルギ準位が形成された状
態で、上記深いドナー及びアクセプタ準位を形成する不
純物がドーピングされることにより，そのフェルミ準位
がその禁制帯のほぼ中央に位置したものとなり、その結
果、これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑
えられた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得ることが
できる効果がある。
金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む水素化合物また
は有機金属、Ｇａを含む有機金属を原料とし、有機金属
化学気相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長さ
せ、かつ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶中に深
いドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物をドーピ
ングするようにしたので、得られる化合物半導体混晶
は、深いドナー及びアクセプタの準位の数が増大し，そ
の禁制帯中央近傍に多数のエネルギ準位が形成された状
態で、上記深いドナー及びアクセプタ準位を形成する不
純物がドーピングされることにより，そのフェルミ準位
がその禁制帯のほぼ中央に位置したものとなり、その結
果、これに隣接する化合物半導体層への不純物拡散が抑
えられた高抵抗化合物半導体層を再現性良く得ることが
できる効果がある。
【０１０９】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層の結晶成長方法においては、請求項１１ないし１５の
いずれかに記載の高抵抗化合物半導体層を結晶成長する
方法において、上記所定の低温度で結晶成長させる前
に、基板温度を該成長温度よりも高い温度に昇温させる
ようにしたので、マスクに付着するポリを抑制する効果
を持つリン原子（又は水素原子）の，ホスフィンからの
分解が促進され、これにより高抵抗化合物半導体層を厚
く成長させることができる効果がある。
層の結晶成長方法においては、請求項１１ないし１５の
いずれかに記載の高抵抗化合物半導体層を結晶成長する
方法において、上記所定の低温度で結晶成長させる前
に、基板温度を該成長温度よりも高い温度に昇温させる
ようにしたので、マスクに付着するポリを抑制する効果
を持つリン原子（又は水素原子）の，ホスフィンからの
分解が促進され、これにより高抵抗化合物半導体層を厚
く成長させることができる効果がある。
【０１１０】また、この発明に係る高抵抗化合物半導体
層の結晶成長方法においては、請求項１１ないし１５の
いずれかに記載の高抵抗化合物半導体層を結晶成長する
方法において、マスクに付着するポリの核となる原料種
を除去する効果を持つエッチングガスを添加しながら結
晶成長させるようにしたので、高抵抗化合物半導体層を
成長させることのできる温度範囲を広げることができる
効果がある。
層の結晶成長方法においては、請求項１１ないし１５の
いずれかに記載の高抵抗化合物半導体層を結晶成長する
方法において、マスクに付着するポリの核となる原料種
を除去する効果を持つエッチングガスを添加しながら結
晶成長させるようにしたので、高抵抗化合物半導体層を
成長させることのできる温度範囲を広げることができる
効果がある。
【０１１１】また、この発明に係る半導体装置において
は、電流ブロック層を、請求項１ないし１０のいずれか
に記載の高抵抗化合物半導体層をｉ層とする，ｐ−ｎ−
ｉ−ｎ構造としたので、電流ブロック層をさらに高抵抗
化させることができる効果がある。
は、電流ブロック層を、請求項１ないし１０のいずれか
に記載の高抵抗化合物半導体層をｉ層とする，ｐ−ｎ−
ｉ−ｎ構造としたので、電流ブロック層をさらに高抵抗
化させることができる効果がある。
【図１】 この発明の第１の実施例による高抵抗ＡｌＩ
ｎＡｓ層のエネルギバンド図、及び該高抵抗ＡｌＩｎＡ
ｓ層を備えた半導体レーザの断面図。
ｎＡｓ層のエネルギバンド図、及び該高抵抗ＡｌＩｎＡ
ｓ層を備えた半導体レーザの断面図。
【図２】 上記実施例１における不純物濃度の成長温度
依存性を示す図。
依存性を示す図。
【図３】 上記実施例１におけるアクセプタ濃度と、フ
ェルミレベルとの関係を示す図。
ェルミレベルとの関係を示す図。
【図４】 上記実施例１におけるＡｌＩｎＡｓ混晶の室
温での抵抗率の成長温度依存性を示す図。
温での抵抗率の成長温度依存性を示す図。
【図５】 この発明の実施例２，３を説明するための，
ＺｎドープＡｌＩｎＡｓ混晶の抵抗率のＺｎ濃度依存性
を示す図。
ＺｎドープＡｌＩｎＡｓ混晶の抵抗率のＺｎ濃度依存性
を示す図。
【図６】 上記実施例２，３を説明するための，Ｚｎド
ープＡｌＩｎＡｓ層を備えた半導体レーザの断面図。
ープＡｌＩｎＡｓ層を備えた半導体レーザの断面図。
【図７】 この発明の第６の実施例による高抵抗ＡｌＧ
ａＩｎＡｓ層のエネルギバンド図。
ａＩｎＡｓ層のエネルギバンド図。
【図８】 従来の高抵抗埋め込み層を用いた長波長半導
体ＬＤの製造方法を説明するための図。
体ＬＤの製造方法を説明するための図。
【図９】 Ｆｅ−ＩｎＰ層とｐ−ＩｎＰ（ドーパントＺ
ｎ）層とが隣りあった時の結晶中のそれぞれのドーパン
ト（Ｆｅ，Ｚｎ）の分布をＳＩＭＳ分析した結果を示す
図。
ｎ）層とが隣りあった時の結晶中のそれぞれのドーパン
ト（Ｆｅ，Ｚｎ）の分布をＳＩＭＳ分析した結果を示す
図。
【図１０】 この発明の第７の実施例を説明するため
の，ＡｌＩｎＡｓ層の上下構造の違いによる電流電圧特
性を示す図。
の，ＡｌＩｎＡｓ層の上下構造の違いによる電流電圧特
性を示す図。
【図１１】 上記実施例７による長波長半導体レーザ装
置の製造方法を示す断面図である。
置の製造方法を示す断面図である。
【図１２】 上記実施例７におけるＡｌＩｎＡｓ埋め込
み層成長前の温度プロファイルを示す図。
み層成長前の温度プロファイルを示す図。
【図１３】 上記実施例７による長波長半導体レーザの
光出力−注入電流特性を示す図。
光出力−注入電流特性を示す図。
【図１４】 従来のＡｌＩｎＡｓ層のエネルギバンド
図。
図。
１ ｎ−ＩｎＰ、２ 活性層、３，３ａ ｐ−ＩｎＰ、
４ 高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層（電流ブロック層）、４’
ＺｎドープＡｌＩｎＡｓ高抵抗層（電流ブロック層）、
１０ ＦｅドープＩｎＰ高抵抗層（電流ブロック層）、
２０ ｎ−ＩｎＰ層、３０ アンドープ層、４０ ｐ−
ＩｎＰ層、５０ ＳｉＯ2 ストライプ、１００ ｎ−Ｉ
ｎＰ基板、２００ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、
Ｅｃ 伝導帯レベル、Ｅｖ 価電子帯レベル、ＥSD 浅
いドナーレベル、ＥA 浅いアクセプタレベル、ＥDD
深いドナーレベル、ＮSD 浅いドナー濃度、ＮDD 深い
ドナー濃度、ＮA アクセプタ濃度。
４ 高抵抗ＡｌＩｎＡｓ層（電流ブロック層）、４’
ＺｎドープＡｌＩｎＡｓ高抵抗層（電流ブロック層）、
１０ ＦｅドープＩｎＰ高抵抗層（電流ブロック層）、
２０ ｎ−ＩｎＰ層、３０ アンドープ層、４０ ｐ−
ＩｎＰ層、５０ ＳｉＯ2 ストライプ、１００ ｎ−Ｉ
ｎＰ基板、２００ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、
Ｅｃ 伝導帯レベル、Ｅｖ 価電子帯レベル、ＥSD 浅
いドナーレベル、ＥA 浅いアクセプタレベル、ＥDD
深いドナーレベル、ＮSD 浅いドナー濃度、ＮDD 深い
ドナー濃度、ＮA アクセプタ濃度。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 園田 琢二
兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電
機株式会社 光・マイクロ波デバイス開
発研究所内
(56)参考文献 特開 平４−72720（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−22519（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−218008（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−148112（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−48917（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−138784（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−241817（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−124170（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/205
C30B 25/00
C30B 29/40 502
H01S 5/30
Claims (33)
- 【請求項１】 異なる組成の化合物半導体層を積層して
なる半導体装置における高抵抗化合物半導体層におい
て、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料として気相成長させた
化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶中に
は、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯の
ほぼ中央に位置させる濃度の，ｐ型不純物が含まれてい
ることを特徴とする高抵抗化合物半導体層。 - 【請求項２】 異なる組成の化合物半導体層を積層して
なる半導体装置における高抵抗化合物半導体層におい
て、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料として気相成長させた
化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶中に
は、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯の
ほぼ中央に位置させる濃度の，浅いアクセプタ準位を形
成する不純物が含まれていることを特徴とする高抵抗化
合物半導体層。 - 【請求項３】 異なる組成の化合物半導体層を積層して
なる半導体装置における高抵抗化合物半導体層におい
て、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料として気相成長させた
化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶中に
は、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯の
ほぼ中央に位置させる濃度の，IV族元素のアクセプタ不
純物が含まれていることを特徴とする高抵抗化合物半導
体層。 - 【請求項４】 請求項３に記載の高抵抗化合物半導体層
において、 上記IV族元素のアクセプタ不純物が、炭素であることを
特徴とする高抵抗化合物半導体層。 - 【請求項５】 異なる組成の化合物半導体層を積層して
なる半導体装置における高抵抗化合物半導体層におい
て、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料として気相成長させた
化合物半導体混晶からなり、該化合物半導体混晶中に
は、該化合物半導体混晶のフェルミ準位をその禁制帯の
ほぼ中央に位置させる濃度の，II族元素のアクセプタ不
純物が含まれていることを特徴とする高抵抗化合物半導
体層。 - 【請求項６】 請求項５に記載の高抵抗化合物半導体層
において、 上記II族元素のアクセプタ不純物が、ドーピングにより
上記化合物半導体混晶中に取り込まれたベリリウムある
いはマグネシウムであることを特徴とする高抵抗化合物
半導体層。 - 【請求項７】 請求項３ないし６のいずれかに記載の高
抵抗化合物半導体層において、 上記IV族元素またはII族元素のアクセプタ不純物に加
え、該アクセプタ不純物の濃度の１０倍以上の濃度の深
いドナー準位を形成する不純物が含まれていることを特
徴とする高抵抗化合物半導体層。 - 【請求項８】 請求項７に記載の高抵抗化合物半導体層
において、 上記深いドナー準位を形成する不純物が、ドーピングに
より上記化合物半導体混晶中に取り込まれた酸素である
ことを特徴とする高抵抗化合物半導体層。 - 【請求項９】 異なる組成の化合物半導体層を積層して
なる半導体装置における高抵抗化合物半導体層におい
て、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ｇａを含む
有機金属、Ａｓを含む水素化合物または有機金属を原料
として気相成長させた化合物半導体混晶からなり、該化
合物半導体混晶中には、該化合物半導体混晶のフェルミ
準位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，深い
ドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物が含まれて
いることを特徴とする高抵抗化合物半導体層。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の高抵抗化合物半導体
層において、 上記深いドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物
は、ドーピングにより上記化合物半導体混晶中に取り込
まれた酸素であることを特徴とする高抵抗化合物半導体
層。 - 【請求項１１】 異なる組成の化合物半導体層を積層し
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により所定の低温度で結晶成長させて、得られ
る化合物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェル
ミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央に位置させる濃度の，
不純物を取り込ませることを特徴とする高抵抗化合物半
導体層の結晶成長法。 - 【請求項１２】 異なる組成の化合物半導体層を積層し
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により所定の低温度で結晶成長させて、得られ
る化合物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェル
ミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央に位置させる濃度の，
ｐ型不純物を取り込ませることを特徴とする高抵抗化合
物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項１３】 異なる組成の化合物半導体層を積層し
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により所定の低温度で結晶成長させて、得られ
る化合物半導体混晶中に、該化合物半導体混晶のフェル
ミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央に位置させる濃度の，
浅いアクセプタ準位を形成する不純物を取り込ませるこ
とを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項１４】 異なる組成の化合物半導体層を積層し
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により所定の低温度で気相成長させて、得られ
る化合物半導体混晶中に，該化合物半導体混晶のフェル
ミ準位をその禁制帯幅のほぼ中央に位置させる濃度の，
IV族元素のアクセプタ不純物を取り込ませることを特徴
とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項１５】 請求項１４に記載の高抵抗化合物半導
体層の結晶成長法において、 上記IV族元素のアクセプタ不純物が、炭素であることを
特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項１６】 異なる組成の化合物半導体層を積層し
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長させ、か
つ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェルミ準
位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，ｐ型不
純物をドーピングすることを特徴とする高抵抗化合物半
導体層の結晶成長法。 - 【請求項１７】 異なる組成の化合物半導体層を積層し
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長させ、か
つ、このこの結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェル
ミ準位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，浅
いアクセプタ準位を形成する不純物をドーピングするこ
とを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項１８】 異なる組成の化合物半導体層を積層し
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長させ、か
つ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェルミ準
位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，IV族元
素のアクセプタ不純物をドーピングすることを特徴とす
る高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項１９】 請求項１８に記載の高抵抗化合物半導
体層の結晶成長法において、 上記ドーピングするIV族元素のアクセプタ不純物が、炭
素であることを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶
成長法。 - 【請求項２０】 異なる組成の化合物半導体層を積層し
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属を原料とし、有機金属化学気
相成長法により化合物半導体混晶を結晶成長させ、か
つ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェルミ準
位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，II族元
素のアクセプタ不純物をドーピングすることを特徴とす
る高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項２１】 請求項２０に記載の高抵抗化合物半導
体層の結晶成長法において、 上記ドーピングするII族元素のアクセプタ不純物が、ベ
リリウムあるいはマグネシウムであることを特徴とする
高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項２２】 請求項１８ないし２１のいずれかに記
載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法において、 上記II族元素またはIV族元素のアクセプタ不純物に加
え、深いドナー準位を形成する不純物をドーピングする
ことを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項２３】 請求項２２に記載の高抵抗化合物半導
体層の結晶成長法において、 上記深いドナー準位を形成する不純物が、酸素であるこ
とを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項２４】 請求項２３に記載の高抵抗化合物半導
体層の結晶成長法において、 上記酸素のドーピング量は、上記アクセプタ不純物のド
ーピング量の１０倍以上であることを特徴とする高抵抗
化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項２５】 異なる組成の化合物半導体層を積層し
てなる半導体装置における高抵抗化合物半導体層を結晶
成長する方法において、 Ｉｎを含む有機金属、Ａｌを含む有機金属、Ａｓを含む
水素化合物または有機金属、Ｇａを含む有機金属を原料
とし、有機金属化学気相成長法により結晶成長させ、か
つ、この結晶成長時に該化合物半導体混晶のフェルミ準
位をその禁制帯のほぼ中央に位置させる濃度の，深いド
ナー及びアクセプタ準位を形成する不純物をドーピング
することを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長
法。 - 【請求項２６】 請求項２５に記載の高抵抗化合物半導
体層の結晶成長法において、 上記深いドナー及びアクセプタ準位を形成する不純物
が、酸素であることを特徴とする高抵抗化合物半導体層
の結晶成長法。 - 【請求項２７】 異なる組成の化合物半導体層を積層し
てなる半導体装置において、 電流ブロック層を、請求項１ないし１０のいずれかに記
載の高抵抗化合物半導体層をｉ層とする，ｐ−ｎ−ｉ−
ｎ構造としたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２８】 請求項２７に記載の半導体装置におい
て、 該半導体装置が、長波長レーザダイオードであることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項２９】 請求項２７に記載の半導体装置におい
て、 該半導体装置が、変調器であることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項３０】 請求項２７に記載の半導体装置におい
て、 該半導体装置が、レーザダイオードと変調器と導波路と
フォトダイオードとを集積した複合デバイスであること
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項３１】 請求項１１ないし１５のいずれかに記
載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法において、 上記所定の低温度で結晶成長させる前に、基板温度を該
成長温度よりも高い温度に昇温させることを特徴とする
高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項３２】 請求項１１ないし１５のいずれかに記
載の高抵抗化合物半導体層の結晶成長法において、 マスクに付着するポリの核となる原料種を除去する効果
を持つエッチングガスを添加しながら結晶成長させるこ
とを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成長法。 - 【請求項３３】 請求項３２に記載の高抵抗化合物半導
体層の結晶成長法において、 上記エッチングガスが、ＨＣｌガスあるいはＣｌ2 ガス
であることを特徴とする高抵抗化合物半導体層の結晶成
長法。
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| JP6-13047 | 1994-02-07 | ||
| JP1304794 | 1994-02-07 | ||
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