JP3422933B2 - 半導体素子の製造方法 - Google Patents
半導体素子の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体レーザな
どの半導体素子の薄層構造を形成する半導体素子の製造
方法に関する。 【０００２】 【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近年
の半導体エピタキシャル技術の進歩はめざましく、さま
ざまな分野で高性能半導体薄膜を利用した素子が実用化
されている。特に分子線エピタキシャル法(ＭＢＥ法)や
有機金属気層成長法(ＭＯＣＶＤ法)の実用化により成長
可能な薄層構造の種類が増大したことは周知のとおりで
ある。 【０００３】その中でもＭＢＥ法は、半導体薄層の層厚
制御性が優れており、構成元素の単分子層程度の精度で
結晶成長を制御して形成することが可能である。したが
って、上記ＭＢＥ法は、近年注目され実用化されている
量子井戸構造や超格子構造を用いた素子の形成に特に有
利であるため、高速電子デバイスの薄層形成技術として
主流となってきている。 【０００４】反面、ＭＢＥ法は、超高真空を利用する装
置の構成上、複雑な薄層構造を有する半導体素子(半導
体レーザなど)では困難な点が多い。例えば、半導体レ
ーザでは精密なドーピング濃度の制御が必要であるが、
ドーピング濃度は蒸発源のセル温度を変化させることに
より制御するため、急峻な濃度変化が困難である。しか
しながら、半導体レーザの分野でも素子の高性能化に伴
って量子井戸構造の利用が不可欠となり、また比較的低
温で良質な結晶が成長できるＭＢＥ法は、ドーパントの
拡散が少なく、ドーピング濃度の絶対値の制御性も優れ
ていることから、ＭＢＥ法のこれらの分野で技術革新が
求められている。 【０００５】以下に、ＭＢＥ法による半導体レーザの製
造方法の従来技術の問題点について述べる。 【０００６】図３(a)はＭＢＥ法によるＡlＧaＩnＰ系の
赤色半導体レーザの成長層の断面図を示している。図３
(a)に示すように、n-ＧaＡs基板３０上に分子線エピタ
キシャル法を用いて、n-ＧaＡsバッファ層３１,n-Ｇa
0.5Ｉn0.5Ｐ層３２,n-Ａl0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層３３,
Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ活性層３４,p-Ａl0.5Ｉn0.5Ｐクラッド
層３５,p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層３６,p-ＧaＡsキャップ層３
７およびp+-ＧaＡsコンタクト層３８を順次成長させて
いる。 【０００７】上記赤色半導体レーザでは、p-ＧaＡsキャ
ップ層３７とp+-ＧaＡsコンタクト層３８のドーピング
濃度は重要であり、p-ＧaＡsキャップ層３７ではドーピ
ング濃度を５×１０18ｃｍ-3に設定し、p+-ＧaＡsコン
タクト層３８ではドーピング濃度を１×１０19ｃｍ-3に
設定している。これは、p-ＧaＡsキャップ層３７のドー
ピング濃度が低すぎる場合、p-Ａl0.5Ｉn0.5Ｐクラッド
層３５およびp-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層３６との間で、価電子
帯のヘテロ障壁の影響が大きくなり、素子の駆動電圧が
上昇する一方、p-ＧaＡsキャップ層３７のドーピングが
高すぎると、ドーパントの拡散により活性層やクラッド
層の不純物濃度が不安定となり、素子の駆動電流の上昇
や素子の信頼性の悪化が起こるためである。また、p+-
ＧaＡsコンタクト層３８のドーピング濃度は、電極コン
タクト抵抗を低減するために高くしている。 【０００８】また、図３(b)は上記p-ＧaＡsキャップ層
３７,p+-ＧaＡsコンタクト層３８の部分を成長させると
きの各セルの分子線量を示している。図３(b)におい
て、縦軸は分子線量、横軸は成長時間を示している。上
記赤色半導体レーザの製造では、Ｇa,ＡsおよびＢeセル
をそれぞれ１個づつ使用して、連続的に異なるドーピン
グ濃度の層を成長させる。なお、図３(b)では、ｐ型ド
ーパント材料のＢeの分子線量は、半導体構成元素とな
る材料用のＧaやＡsの分子線量に比べてはるかに少ない
が、図を見やすくするために拡大して示している。図３
(b)に示すように、p-ＧaＡsキャップ層３７の形成後にp
+-ＧaＡsコンタクト層３８を形成するとき、Ｇa,Ａsの
フラックス強度を一定にしてＢeセルの温度を上昇させ
ることによって、ドーパント材料のＢeのフラックス強
度を増加させた。したがって、ドーピング濃度は勾配を
もって変化するので、隣接する異なるドーピング濃度を
有する層間でドーピング濃度を急峻に変化させることが
できないという問題がある。また、周囲の温度の違いや
ドーパント材料の量や充填方法によって、隣接する異な
るドーピング濃度を有する半導体層間におけるドーピン
グ濃度の勾配は一定とならず、半導体層を成長させる毎
にドーピング濃度がばらつき再現性がないため、半導体
素子の特性が不安定になるという問題がある。 【０００９】そこで、この発明の目的は、薄層構造の半
導体素子の各半導体層のドーピング濃度を急峻にかつ再
現性よく制御できる半導体素子の製造方法を提供するこ
とにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の半導体素子の製造方法は、分子線エピタ
キシャル法により蒸発源のセルから分子線を発射して異
なる不純物濃度を有する複数の半導体層を成長させる半
導体素子の製造方法において、少なくとも隣接する異な
る不純物濃度を有する半導体層を形成するときに、上記
セルの材料のうちの少なくとも１つの材料について、上
記各半導体層の不純物濃度に対応する分子線量の分子線
を発射するように夫々設定された別個のセルを用いると
共に、上記別個のセルは半導体構成元素となる材料用の
セルであり、不純物元素の分子線量を一定にした状態
で、上記各半導体層毎に半導体構成元素となる材料用の
別個のセルを切り換えて半導体構成元素の分子線量を制
御することによりドーピング濃度を変化させることを特
徴としている。 【００１１】上記請求項１の半導体素子の製造方法によ
れば、分子線エピタキシャル法により異なる不純物濃度
を有する複数の半導体層を成長させるとき、少なくとも
隣接する異なる不純物濃度を有する各半導体層毎に、例
えば同一材料の別個のセルのうちの１つを選択して切り
換えることによって、各半導体層の不純物濃度に対応す
る分子線量を制御するので、ドーピング濃度を急峻にか
つ再現性よく制御できる。また、上記各半導体層毎に半
導体構成元素となる材料用の別個のセルのうちの１つを
選択して切り換えることによって、半導体構成元素の分
子線量を制御して、上記各半導体層の不純物濃度に対応
する分子線量の分子線を発射する。したがって、不純物
の分子線量を上昇させる必要がないため、不純物材料の
分子線による成長室内のドーピングメモリー効果を防止
することができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、この発明の半導体素子の製
造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。 【００１３】（第１実施形態） 図１(a)はこの発明の第１実施形態の半導体素子の製造
方法により製造される半導体レーザの成長層の断面図で
ある。 【００１４】図１(a)に示すように、n-ＧaＡs基板１０
上に分子線エピタキシャル法を用いて、n-ＧaＡsバッフ
ァ層１１,n-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層１２,n-Ａl0.5Ｉn0.5Ｐク
ラッド層１３,Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ活性層１４,p-Ａl0.5Ｉn
0.5Ｐクラッド層１５,p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層１６,p-ＧaＡ
sキャップ層(厚さ１μｍ)１７およびp+-ＧaＡsコンタク
ト層(厚さ０．１μｍ)１８を順次成長させる。上記p-Ｇ
aＡsキャップ層１７とp+-ＧaＡsコンタクト層１８のド
ーピング濃度は、それぞれ５×１０18ｃｍ-3,と１×１
０19ｃｍ-3に設定している。 【００１５】上記p-ＧaＡs層１７とp+-ＧaＡs層１８
は、図示しない電極層からリッジストライプへの電流経
路であるため、途中で成長を休止した場合にＡsの脱離
や不純物の混入により高抵抗化して駆動電圧が上昇する
ので、Ａsの脱離や不純物の混入を防ぐためにp-ＧaＡs
層１７とp+-ＧaＡs層１８を連続成長させている。 【００１６】また、図１(b)は上記p-ＧaＡsキャップ層
１７とp+-ＧaＡsコンタクト層１８の部分を成長させる
ときの各セルの分子線量を示している。図１(b)におい
て、縦軸は分子線量、横軸は成長時間を示している。図
１(b)に示すように、半導体構成元素となる材料のＡsセ
ルとＧaセルは、それぞれ１個づつの分子線セルを使用
したが、不純物材料のＢeセルは２個使用している。す
なわち、p-ＧaＡs層１７のドーピング濃度に対応する分
子線量の分子線を発射するように設定されたＢe１セル
と、p+-ＧaＡs層１８のドーピング濃度に対応する分子
線量の分子線を発射するように設定されたＢe２セルと
を使用して成長を行う。上記p+-ＧaＡs層１８の成長で
は、Ｇaセルの分子線量は一定であるが、p-ＧaＡs層１
７に比べＢeの分子線量が２倍となっているためにドー
ピング濃度が２倍となる。しかもＢe１セル, Ｂe２セル
の切り替えは瞬時に行えるため、非常に急峻なドーピン
グ濃度変化が得られる。 【００１７】したがって、上記不純物材料のＢe１セル,
Ｂe２セルを切り換えることによって、p-ＧaＡsキャッ
プ層１７とp+-ＧaＡsコンタクト層１８の不純物濃度に
対応する分子線量を制御するので、p-ＧaＡsキャップ層
１７とp+-ＧaＡsコンタクト層１８のドーピング濃度を
急峻にかつ再現性よく制御することができる。 【００１８】（第２実施形態） 図２(a)はこの発明の第２実施形態の半導体素子の製造
方法により製造された半導体レーザの成長層の断面図で
ある。 【００１９】図２(a)に示すように、n-ＧaＡs基板２０
上に分子線エピタキシャル法を用いて、n-ＧaＡsバッフ
ァ層２１,n-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層２
２,Ｇa0.4Ｉn0.6P活性層２３,p-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn
0.5Ｐクラッド層２４,Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐエッチングストッ
プ層２５,p-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層２６
およびp-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層２７を順次成長させる。その
後、上記p-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層２６,
p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層２７の一部をエッチングによりエッ
チングストップ層２５まで除去することによりリッジス
トライプを形成し、リッジサイドにn-ＧaＡs電流阻止層
２８を成長させる。 【００２０】さらに、p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層２７,n-ＧaＡ
s電流阻止層２８上にp-ＧaＡsキャップ層２９a(ｐ＝５
×１０18ｃｍ-3、厚さ４μｍ)とp+-ＧaＡsコンタクト層
２９b(ｐ＝１０19ｃｍ-3,厚さ０.１μｍ)とを分子線エ
ピタキシャル法により連続成長させる。このp-ＧaＡsキ
ャップ層２９aとp+-ＧaＡsコンタクト層２９bは、電極
層からリッジストライプへの貫流経路であるため、途中
で成長を休止した場合にＡsの脱離や不純物の混入によ
り高抵抗化して駆動電圧が上昇するのを防止するために
p-ＧaＡsキャップ層２９aとp+-ＧaＡsコンタクト層２９
bとを連続成長させている。 【００２１】次に、図２(b)は上記p-ＧaＡsキャップ層
２９aとp+-ＧaＡsコンタクト層２９bの部分を成長させ
るときの各セルの分子線量を示している。図２(b)にお
いて、縦軸は分子線量、横軸は成長時間を示している。
上記p-ＧaＡsキャップ層２９aとp+-ＧaＡsコンタクト層
２９bの成長において、半導体構成要素となる材料のＡs
セルと不純物材料のＢeセルはそれぞれ１個づつの分子
線セルを使用したが、半導体構成要素となる材料Ｇaセ
ルは２個使用している。すなわち、p-ＧaＡsキャップ層
２９aのドーピング濃度に対応する分子線量の分子線を
発射するように設定されたＧa１セルと、p+-ＧaＡsコン
タクト層２９bのドーピング濃度に対応する分子線量の
分子線を発射するように設定されたＧa２セルとを使用
して成長を行う。上記p+-ＧaＡsコンタクト層２９bの成
長では、Ｂeセルの分子線量は一定であるが、p-ＧaＡs
キャップ層２９aに比べてＧaの分子線量が２分の１とな
るためにドーピング濃度が２倍となる。しかも、Ｇa１
セル,Ｇa２セルの切り替えは瞬時に行えるため、非常に
急峻なドーピング濃度変化が得られる。 【００２２】したがって、p-ＧaＡsキャップ層２９aで
のＢeセルの分子線量を上昇させる必要がないため、Ｂe
分子線による成長室内のドーピングメモリー効果を防止
することができる。さらに、この第２実施形態では、Ｇ
a１セル,Ｂeセルの分子線量を多くすることによって、p
-ＧaＡsキャップ層２９aの成長速度が早くなるため、成
長時間を短縮することができる。 【００２３】上記第１,第２実施形態では、特にドーピ
ング濃度の精密な制御が求められる半導体レーザの製造
方法について説明したが、半導体レーザに限らず、他の
様々な構造の半導体素子の作製にこの発明を適用しても
同様な効果が得られる。 【００２４】また、上記第１実施形態では、不純物材料
用のＢe1セル,Ｂe2セルを切り換え、第２実施形態で
は、半導体構成元素となる材料用のＧa1セル,Ｇa2セル
を切り換えたが、蒸発源のセルの材料のうちの２以上の
材料について、各半導体層の不純物濃度に対応する分子
線量の分子線を発射するように夫々設定された別個のセ
ルを用いてもよい。 【００２５】 【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明の半導体素子の製造方法は、分子線エピタキシャル法
により蒸発源のセルから分子線を発射して異なる不純物
濃度を有する複数の半導体層を成長させる半導体素子の
製造方法において、少なくとも隣接する異なる不純物濃
度を有する層を成長させるときに、上記セルの材料のう
ちの少なくとも１つの材料について、上記各半導体層の
不純物濃度に対応する分子線量の分子線を発射するよう
に夫々設定された別個のセルを用いると共に、上記別個
のセルは半導体構成元素となる材料用のセルであり、不
純物元素の分子線量を一定にした状態で、上記各半導体
層毎に半導体構成元素となる材料用の別個のセルを切り
換えて半導体構成元素の分子線量を制御することにより
ドーピング濃度を変化させるものである。 【００２６】したがって、請求項１の発明の半導体素子
の製造方法によれば、分子線エピタキシャル法による正
確な不純物濃度の制御が可能となるため、駆動電流や駆
動電圧が低く、かつ信頼性の優れたレーザ素子等の半導
体素子を再現性よく作製することができる。 【００２７】また、上記別個のセルが半導体構成元素と
なる材料用のセルであるので、上記各半導体層毎に半導
体構成元素となる材料用の別個のセルのうちの１つを選
択して切り換えて、半導体構成元素の分子線量を制御す
ることによって、上記各半導体層の不純物濃度に対応す
る分子線量の分子線を発射する。したがって、上記不純
物の分子線量を上昇させないので、不純物材料の分子線
による成長室内のドーピングメモリー効果を防止するこ
とができる。
どの半導体素子の薄層構造を形成する半導体素子の製造
方法に関する。 【０００２】 【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近年
の半導体エピタキシャル技術の進歩はめざましく、さま
ざまな分野で高性能半導体薄膜を利用した素子が実用化
されている。特に分子線エピタキシャル法(ＭＢＥ法)や
有機金属気層成長法(ＭＯＣＶＤ法)の実用化により成長
可能な薄層構造の種類が増大したことは周知のとおりで
ある。 【０００３】その中でもＭＢＥ法は、半導体薄層の層厚
制御性が優れており、構成元素の単分子層程度の精度で
結晶成長を制御して形成することが可能である。したが
って、上記ＭＢＥ法は、近年注目され実用化されている
量子井戸構造や超格子構造を用いた素子の形成に特に有
利であるため、高速電子デバイスの薄層形成技術として
主流となってきている。 【０００４】反面、ＭＢＥ法は、超高真空を利用する装
置の構成上、複雑な薄層構造を有する半導体素子(半導
体レーザなど)では困難な点が多い。例えば、半導体レ
ーザでは精密なドーピング濃度の制御が必要であるが、
ドーピング濃度は蒸発源のセル温度を変化させることに
より制御するため、急峻な濃度変化が困難である。しか
しながら、半導体レーザの分野でも素子の高性能化に伴
って量子井戸構造の利用が不可欠となり、また比較的低
温で良質な結晶が成長できるＭＢＥ法は、ドーパントの
拡散が少なく、ドーピング濃度の絶対値の制御性も優れ
ていることから、ＭＢＥ法のこれらの分野で技術革新が
求められている。 【０００５】以下に、ＭＢＥ法による半導体レーザの製
造方法の従来技術の問題点について述べる。 【０００６】図３(a)はＭＢＥ法によるＡlＧaＩnＰ系の
赤色半導体レーザの成長層の断面図を示している。図３
(a)に示すように、n-ＧaＡs基板３０上に分子線エピタ
キシャル法を用いて、n-ＧaＡsバッファ層３１,n-Ｇa
0.5Ｉn0.5Ｐ層３２,n-Ａl0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層３３,
Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ活性層３４,p-Ａl0.5Ｉn0.5Ｐクラッド
層３５,p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層３６,p-ＧaＡsキャップ層３
７およびp+-ＧaＡsコンタクト層３８を順次成長させて
いる。 【０００７】上記赤色半導体レーザでは、p-ＧaＡsキャ
ップ層３７とp+-ＧaＡsコンタクト層３８のドーピング
濃度は重要であり、p-ＧaＡsキャップ層３７ではドーピ
ング濃度を５×１０18ｃｍ-3に設定し、p+-ＧaＡsコン
タクト層３８ではドーピング濃度を１×１０19ｃｍ-3に
設定している。これは、p-ＧaＡsキャップ層３７のドー
ピング濃度が低すぎる場合、p-Ａl0.5Ｉn0.5Ｐクラッド
層３５およびp-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層３６との間で、価電子
帯のヘテロ障壁の影響が大きくなり、素子の駆動電圧が
上昇する一方、p-ＧaＡsキャップ層３７のドーピングが
高すぎると、ドーパントの拡散により活性層やクラッド
層の不純物濃度が不安定となり、素子の駆動電流の上昇
や素子の信頼性の悪化が起こるためである。また、p+-
ＧaＡsコンタクト層３８のドーピング濃度は、電極コン
タクト抵抗を低減するために高くしている。 【０００８】また、図３(b)は上記p-ＧaＡsキャップ層
３７,p+-ＧaＡsコンタクト層３８の部分を成長させると
きの各セルの分子線量を示している。図３(b)におい
て、縦軸は分子線量、横軸は成長時間を示している。上
記赤色半導体レーザの製造では、Ｇa,ＡsおよびＢeセル
をそれぞれ１個づつ使用して、連続的に異なるドーピン
グ濃度の層を成長させる。なお、図３(b)では、ｐ型ド
ーパント材料のＢeの分子線量は、半導体構成元素とな
る材料用のＧaやＡsの分子線量に比べてはるかに少ない
が、図を見やすくするために拡大して示している。図３
(b)に示すように、p-ＧaＡsキャップ層３７の形成後にp
+-ＧaＡsコンタクト層３８を形成するとき、Ｇa,Ａsの
フラックス強度を一定にしてＢeセルの温度を上昇させ
ることによって、ドーパント材料のＢeのフラックス強
度を増加させた。したがって、ドーピング濃度は勾配を
もって変化するので、隣接する異なるドーピング濃度を
有する層間でドーピング濃度を急峻に変化させることが
できないという問題がある。また、周囲の温度の違いや
ドーパント材料の量や充填方法によって、隣接する異な
るドーピング濃度を有する半導体層間におけるドーピン
グ濃度の勾配は一定とならず、半導体層を成長させる毎
にドーピング濃度がばらつき再現性がないため、半導体
素子の特性が不安定になるという問題がある。 【０００９】そこで、この発明の目的は、薄層構造の半
導体素子の各半導体層のドーピング濃度を急峻にかつ再
現性よく制御できる半導体素子の製造方法を提供するこ
とにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の半導体素子の製造方法は、分子線エピタ
キシャル法により蒸発源のセルから分子線を発射して異
なる不純物濃度を有する複数の半導体層を成長させる半
導体素子の製造方法において、少なくとも隣接する異な
る不純物濃度を有する半導体層を形成するときに、上記
セルの材料のうちの少なくとも１つの材料について、上
記各半導体層の不純物濃度に対応する分子線量の分子線
を発射するように夫々設定された別個のセルを用いると
共に、上記別個のセルは半導体構成元素となる材料用の
セルであり、不純物元素の分子線量を一定にした状態
で、上記各半導体層毎に半導体構成元素となる材料用の
別個のセルを切り換えて半導体構成元素の分子線量を制
御することによりドーピング濃度を変化させることを特
徴としている。 【００１１】上記請求項１の半導体素子の製造方法によ
れば、分子線エピタキシャル法により異なる不純物濃度
を有する複数の半導体層を成長させるとき、少なくとも
隣接する異なる不純物濃度を有する各半導体層毎に、例
えば同一材料の別個のセルのうちの１つを選択して切り
換えることによって、各半導体層の不純物濃度に対応す
る分子線量を制御するので、ドーピング濃度を急峻にか
つ再現性よく制御できる。また、上記各半導体層毎に半
導体構成元素となる材料用の別個のセルのうちの１つを
選択して切り換えることによって、半導体構成元素の分
子線量を制御して、上記各半導体層の不純物濃度に対応
する分子線量の分子線を発射する。したがって、不純物
の分子線量を上昇させる必要がないため、不純物材料の
分子線による成長室内のドーピングメモリー効果を防止
することができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、この発明の半導体素子の製
造方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。 【００１３】（第１実施形態） 図１(a)はこの発明の第１実施形態の半導体素子の製造
方法により製造される半導体レーザの成長層の断面図で
ある。 【００１４】図１(a)に示すように、n-ＧaＡs基板１０
上に分子線エピタキシャル法を用いて、n-ＧaＡsバッフ
ァ層１１,n-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層１２,n-Ａl0.5Ｉn0.5Ｐク
ラッド層１３,Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ活性層１４,p-Ａl0.5Ｉn
0.5Ｐクラッド層１５,p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層１６,p-ＧaＡ
sキャップ層(厚さ１μｍ)１７およびp+-ＧaＡsコンタク
ト層(厚さ０．１μｍ)１８を順次成長させる。上記p-Ｇ
aＡsキャップ層１７とp+-ＧaＡsコンタクト層１８のド
ーピング濃度は、それぞれ５×１０18ｃｍ-3,と１×１
０19ｃｍ-3に設定している。 【００１５】上記p-ＧaＡs層１７とp+-ＧaＡs層１８
は、図示しない電極層からリッジストライプへの電流経
路であるため、途中で成長を休止した場合にＡsの脱離
や不純物の混入により高抵抗化して駆動電圧が上昇する
ので、Ａsの脱離や不純物の混入を防ぐためにp-ＧaＡs
層１７とp+-ＧaＡs層１８を連続成長させている。 【００１６】また、図１(b)は上記p-ＧaＡsキャップ層
１７とp+-ＧaＡsコンタクト層１８の部分を成長させる
ときの各セルの分子線量を示している。図１(b)におい
て、縦軸は分子線量、横軸は成長時間を示している。図
１(b)に示すように、半導体構成元素となる材料のＡsセ
ルとＧaセルは、それぞれ１個づつの分子線セルを使用
したが、不純物材料のＢeセルは２個使用している。す
なわち、p-ＧaＡs層１７のドーピング濃度に対応する分
子線量の分子線を発射するように設定されたＢe１セル
と、p+-ＧaＡs層１８のドーピング濃度に対応する分子
線量の分子線を発射するように設定されたＢe２セルと
を使用して成長を行う。上記p+-ＧaＡs層１８の成長で
は、Ｇaセルの分子線量は一定であるが、p-ＧaＡs層１
７に比べＢeの分子線量が２倍となっているためにドー
ピング濃度が２倍となる。しかもＢe１セル, Ｂe２セル
の切り替えは瞬時に行えるため、非常に急峻なドーピン
グ濃度変化が得られる。 【００１７】したがって、上記不純物材料のＢe１セル,
Ｂe２セルを切り換えることによって、p-ＧaＡsキャッ
プ層１７とp+-ＧaＡsコンタクト層１８の不純物濃度に
対応する分子線量を制御するので、p-ＧaＡsキャップ層
１７とp+-ＧaＡsコンタクト層１８のドーピング濃度を
急峻にかつ再現性よく制御することができる。 【００１８】（第２実施形態） 図２(a)はこの発明の第２実施形態の半導体素子の製造
方法により製造された半導体レーザの成長層の断面図で
ある。 【００１９】図２(a)に示すように、n-ＧaＡs基板２０
上に分子線エピタキシャル法を用いて、n-ＧaＡsバッフ
ァ層２１,n-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層２
２,Ｇa0.4Ｉn0.6P活性層２３,p-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn
0.5Ｐクラッド層２４,Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐエッチングストッ
プ層２５,p-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層２６
およびp-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層２７を順次成長させる。その
後、上記p-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層２６,
p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層２７の一部をエッチングによりエッ
チングストップ層２５まで除去することによりリッジス
トライプを形成し、リッジサイドにn-ＧaＡs電流阻止層
２８を成長させる。 【００２０】さらに、p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層２７,n-ＧaＡ
s電流阻止層２８上にp-ＧaＡsキャップ層２９a(ｐ＝５
×１０18ｃｍ-3、厚さ４μｍ)とp+-ＧaＡsコンタクト層
２９b(ｐ＝１０19ｃｍ-3,厚さ０.１μｍ)とを分子線エ
ピタキシャル法により連続成長させる。このp-ＧaＡsキ
ャップ層２９aとp+-ＧaＡsコンタクト層２９bは、電極
層からリッジストライプへの貫流経路であるため、途中
で成長を休止した場合にＡsの脱離や不純物の混入によ
り高抵抗化して駆動電圧が上昇するのを防止するために
p-ＧaＡsキャップ層２９aとp+-ＧaＡsコンタクト層２９
bとを連続成長させている。 【００２１】次に、図２(b)は上記p-ＧaＡsキャップ層
２９aとp+-ＧaＡsコンタクト層２９bの部分を成長させ
るときの各セルの分子線量を示している。図２(b)にお
いて、縦軸は分子線量、横軸は成長時間を示している。
上記p-ＧaＡsキャップ層２９aとp+-ＧaＡsコンタクト層
２９bの成長において、半導体構成要素となる材料のＡs
セルと不純物材料のＢeセルはそれぞれ１個づつの分子
線セルを使用したが、半導体構成要素となる材料Ｇaセ
ルは２個使用している。すなわち、p-ＧaＡsキャップ層
２９aのドーピング濃度に対応する分子線量の分子線を
発射するように設定されたＧa１セルと、p+-ＧaＡsコン
タクト層２９bのドーピング濃度に対応する分子線量の
分子線を発射するように設定されたＧa２セルとを使用
して成長を行う。上記p+-ＧaＡsコンタクト層２９bの成
長では、Ｂeセルの分子線量は一定であるが、p-ＧaＡs
キャップ層２９aに比べてＧaの分子線量が２分の１とな
るためにドーピング濃度が２倍となる。しかも、Ｇa１
セル,Ｇa２セルの切り替えは瞬時に行えるため、非常に
急峻なドーピング濃度変化が得られる。 【００２２】したがって、p-ＧaＡsキャップ層２９aで
のＢeセルの分子線量を上昇させる必要がないため、Ｂe
分子線による成長室内のドーピングメモリー効果を防止
することができる。さらに、この第２実施形態では、Ｇ
a１セル,Ｂeセルの分子線量を多くすることによって、p
-ＧaＡsキャップ層２９aの成長速度が早くなるため、成
長時間を短縮することができる。 【００２３】上記第１,第２実施形態では、特にドーピ
ング濃度の精密な制御が求められる半導体レーザの製造
方法について説明したが、半導体レーザに限らず、他の
様々な構造の半導体素子の作製にこの発明を適用しても
同様な効果が得られる。 【００２４】また、上記第１実施形態では、不純物材料
用のＢe1セル,Ｂe2セルを切り換え、第２実施形態で
は、半導体構成元素となる材料用のＧa1セル,Ｇa2セル
を切り換えたが、蒸発源のセルの材料のうちの２以上の
材料について、各半導体層の不純物濃度に対応する分子
線量の分子線を発射するように夫々設定された別個のセ
ルを用いてもよい。 【００２５】 【発明の効果】以上より明らかなように、請求項１の発
明の半導体素子の製造方法は、分子線エピタキシャル法
により蒸発源のセルから分子線を発射して異なる不純物
濃度を有する複数の半導体層を成長させる半導体素子の
製造方法において、少なくとも隣接する異なる不純物濃
度を有する層を成長させるときに、上記セルの材料のう
ちの少なくとも１つの材料について、上記各半導体層の
不純物濃度に対応する分子線量の分子線を発射するよう
に夫々設定された別個のセルを用いると共に、上記別個
のセルは半導体構成元素となる材料用のセルであり、不
純物元素の分子線量を一定にした状態で、上記各半導体
層毎に半導体構成元素となる材料用の別個のセルを切り
換えて半導体構成元素の分子線量を制御することにより
ドーピング濃度を変化させるものである。 【００２６】したがって、請求項１の発明の半導体素子
の製造方法によれば、分子線エピタキシャル法による正
確な不純物濃度の制御が可能となるため、駆動電流や駆
動電圧が低く、かつ信頼性の優れたレーザ素子等の半導
体素子を再現性よく作製することができる。 【００２７】また、上記別個のセルが半導体構成元素と
なる材料用のセルであるので、上記各半導体層毎に半導
体構成元素となる材料用の別個のセルのうちの１つを選
択して切り換えて、半導体構成元素の分子線量を制御す
ることによって、上記各半導体層の不純物濃度に対応す
る分子線量の分子線を発射する。したがって、上記不純
物の分子線量を上昇させないので、不純物材料の分子線
による成長室内のドーピングメモリー効果を防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１(a)はこの発明の第１実施形態の半導体
素子の製造方法を用いた半導体レーザの成長層の断面図
であり、図１(b)は上記半導体レーザの各成長層におけ
る各セルの分子線量を示す図である。 【図２】 図２(a)はこの発明の第２実施形態の半導体
素子の製造方法を用いた半導体レーザの成長層の断面図
であり、図２(b)は上記半導体レーザの各成長層におけ
る各セルの分子線量を示す図である。 【図３】 図３(a)は従来の半導体素子の製造方法を用
いた半導体レーザの成長層の断面図であり、図３(b)は
上記半導体レーザの各成長層における各セルの分子線量
を示す図である。 【符号の説明】 １０…n-ＧaＡs基板、１１…n-ＧaＡsバッファ層、１２
…n-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層、１３…n-Ａl0.5Ｉn0.5Ｐクラッ
ド層、１４…Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ活性層、１５…p-Ａl0.5Ｉ
n0.5Ｐクラッド層、１６…p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層、１７…
p-ＧaＡsキャップ層、１８…p+-ＧaＡsコンタクト層、
２０…n-ＧaＡs基板、２１…n-ＧaＡsバッファ層、２２
…n-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層、２３…Ｇa
0.4Ｉn0.6P活性層、２４…p-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5
Ｐクラッド層、２５…Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐエッチングストッ
プ層、２６…p-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層
２７…p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層、２８…n-ＧaＡs電流阻止
層、２９a…p-ＧaＡsキャップ層、２９b…p+-ＧaＡsコ
ンタクト層。
素子の製造方法を用いた半導体レーザの成長層の断面図
であり、図１(b)は上記半導体レーザの各成長層におけ
る各セルの分子線量を示す図である。 【図２】 図２(a)はこの発明の第２実施形態の半導体
素子の製造方法を用いた半導体レーザの成長層の断面図
であり、図２(b)は上記半導体レーザの各成長層におけ
る各セルの分子線量を示す図である。 【図３】 図３(a)は従来の半導体素子の製造方法を用
いた半導体レーザの成長層の断面図であり、図３(b)は
上記半導体レーザの各成長層における各セルの分子線量
を示す図である。 【符号の説明】 １０…n-ＧaＡs基板、１１…n-ＧaＡsバッファ層、１２
…n-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層、１３…n-Ａl0.5Ｉn0.5Ｐクラッ
ド層、１４…Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ活性層、１５…p-Ａl0.5Ｉ
n0.5Ｐクラッド層、１６…p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層、１７…
p-ＧaＡsキャップ層、１８…p+-ＧaＡsコンタクト層、
２０…n-ＧaＡs基板、２１…n-ＧaＡsバッファ層、２２
…n-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層、２３…Ｇa
0.4Ｉn0.6P活性層、２４…p-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5
Ｐクラッド層、２５…Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐエッチングストッ
プ層、２６…p-(Ａl0.7Ｇa0.3)0.5Ｉn0.5Ｐクラッド層
２７…p-Ｇa0.5Ｉn0.5Ｐ層、２８…n-ＧaＡs電流阻止
層、２９a…p-ＧaＡsキャップ層、２９b…p+-ＧaＡsコ
ンタクト層。
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/203,21/363
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 分子線エピタキシャル法により蒸発源の
セルから分子線を発射して異なる不純物濃度を有する複
数の半導体層を成長させる半導体素子の製造方法におい
て、 少なくとも隣接する異なる不純物濃度を有する半導体層
を形成するときに、上記セルの材料のうちの少なくとも
１つの材料について、上記各半導体層の不純物濃度に対
応する分子線量の分子線を発射するように夫々設定され
た別個のセルを用いると共に、 上記別個のセルは半導体構成元素となる材料用のセルで
あり、不純物元素の分子線量を一定にした状態で、 上記各半導
体層毎に半導体構成元素となる材料用の別個のセルを切
り換えて半導体構成元素の分子線量を制御することによ
りドーピング濃度を変化させることを特徴とする半導体
素子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16047198A JP3422933B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 半導体素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16047198A JP3422933B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 半導体素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11354450A JPH11354450A (ja) | 1999-12-24 |
| JP3422933B2 true JP3422933B2 (ja) | 2003-07-07 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16047198A Expired - Fee Related JP3422933B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 半導体素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3422933B2 (ja) |
-
1998
- 1998-06-09 JP JP16047198A patent/JP3422933B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH11354450A (ja) | 1999-12-24 |
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