JP2004006483A

JP2004006483A - 半導体の製造方法及びそれを用いて形成した半導体素子

Info

Publication number: JP2004006483A
Application number: JP2002159317A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Yokoyama; 横山　康祐; Katsuya Akimoto; 秋元　克弥; Naoki Futakuchi; 二口　尚樹
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】発光波長が１．３μｍ帯で、かつ、従来と比較してＮ組成が大きいＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を有する半導体の製造方法及びそれを用いて形成した半導体素子を提供するものである。
【解決手段】本発明に係る半導体の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板２１上に、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、及びＡｓの元素を主成分とする混晶半導体からなるＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層２４を少なくとも１層有する半導体を製造する方法であって、有機金属気相成長法により上記ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層２４を結晶成長させる際、Ｇａ原料１１、Ｉｎ原料１２、Ｎ原料１３、及びＡｓ原料１４を供給する第１供給工程、及びＧａ原料１１、Ｉｎ原料１２、及びＮ原料１３を供給する第２供給工程を併用するものである。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造方法及びそれを用いて形成した半導体素子に係り、特に、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、及びＡｓの元素を主成分とする混晶半導体からなるＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を少なくとも１層有する半導体の製造方法及びそれを用いて形成した半導体素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＧａＩｎＮＡｓと呼ばれる、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、及びＡｓの４つの元素を主成分とする４元混晶半導体が注目を集めている。ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体は、Ｉｎ組成及びＮ組成を適切な値に調整することで、石英系のシングルモード光ファイバにおいて波長分散値が最小となる波長１．３μｍ帯の発光素子へと応用することができ、大容量で、高速な光通信を実現するための次世代のデバイスとして期待されている。
【０００３】
発光波長１．３μｍを実現できる半導体として、他にＩｎＰ（インジウム燐）系混晶半導体が挙げられる。このＩｎＰについても研究が行われているが、ＩｎＰ系混晶半導体と一般的によく用いられているＧａＡｓ基板とでは、格子定数が大きく異なるため、ＩｎＰ系混晶半導体をＧａＡｓ基板上に形成すると、格子歪みが大きくなってしまう。このため、ＩｎＰ系混晶半導体は、格子整合性を考慮して、高コストなＩｎＰ基板上に形成しなければならない。
【０００４】
これに対して、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体は、２０〜３０％（ｍｏｌ％）程度のＩｎ組成で、ＧａＡｓ基板に対する格子歪みが比較的小さくなり、発光波長１．３μｍを得ることができるため、ＩｎＰ基板に比べ低コストなＧａＡｓ基板を用いることができ、ＩｎＰ系混晶半導体に比べて安価にデバイスを供給することが可能である。
【０００５】
また、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体は、面発光レーザへの応用も期待されている。ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体を用いた面発光レーザは、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体で構成される活性層の上下面にＧａＡｓ及びＡｌＡｓで構成される多層反射膜を形成・配置し、垂直共振器を構成することで、実現される。しかしながら、ＩｎＰ系混晶半導体においては、ＩｎＰ系混晶半導体で構成される活性層の上下面に形成・配置される多層反射膜を形成する適当な材料がないことから、面発光レーザの実現はほぼ不可能といってよい。
【０００６】
また、近藤らのバンドラインナップの計算（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５（１９９６）　ｐ１２７３−１２７５参照）では、ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓよりバンドギャップの大きいクラッド層を形成することで、伝導帯のバンド不連続が大きくなることから、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体を用いた発光素子は、温度変化に対する特性の揺らぎが小さく、通常の使用においてはベルチェ素子等の冷却器を必要としなくなる。このため、デバイス全体としての低コスト化が可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体は、ＩｎＰ系混晶半導体と比較して様々な特長を有しているものの、現状では以下に述べるような問題点を有している。
【０００８】
ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体は、Ｉｎ組成が２０〜４０％（ｍｏｌ％）、Ｎ組成が１〜２％（ｍｏｌ％）程度で波長１．３μｍの発光が得られる。ここで、波長１．３μｍ帯で波長分散値は最小となるものの、損失が最小となるのは波長１．５５μｍであるため、１．３μｍ帯の内、損失がより少ない長波長のものが好ましい。長波長化を達成するには、Ｉｎ組成及びＮ組成を大きくすればよいことが明らかになっている。しかし、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体においてＩｎ組成が大きすぎると、格子歪みが増大し、ＧａＡｓ基板上への成長が困難となる。そのため、わずかな量で長波長化が可能なＮの組成を大きくすることが試みられているが、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体は非平衡系で成長するためＮの取込効率が低く、また、Ｎ組成を大きくすることが困難であるという問題を有していた。
【０００９】
この間題を解決する方法として、Ａｓ原料の供給量に対してＮ原料の供給量を著しく増加させて、Ｎの低い取込効率を補う方法が一般的である。しかし、Ａｓ原料の供給量を保ったままＮ原料の供給量を増やす方法は、Ｎ原料の供給量が多すぎて非現実的である。逆に、Ｎ原料の供給量を保ったままＡｓ原料の供給量を減らすと、ＩＩＩ−Ｖ族混晶半導体のＶ族組成の内、０．９以上の割合を占めるＡｓ元素の原料供給量が著しく少なくなり、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体の結晶品質が低下してしまう。この方法では、Ａｓ原料の供給量がＮ原料の供給量の１／１００以下となってしまうことから、ごくわずかな原料供給量の変化によって、成長雰囲気での原料比率が著しく変化してしまい、組成の正確な制御ができなくなる上に、スループットの低下も引き起こすという問題を有していた。
【００１０】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、発光波長が１．３μｍ帯で、かつ、従来と比較してＮ組成が大きいＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を有する半導体の製造方法及びそれを用いて形成した半導体素子を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係る半導体の製造方法は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板上に、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、及びＡｓの元素を主成分とする混晶半導体からなるＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を少なくとも１層有する半導体の製造方法において、有機金属気相成長法により上記ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を結晶成長させる際、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｎ原料、及びＡｓ原料を供給する第１供給工程、及びＧａ原料、Ｉｎ原料、及びＮ原料を供給する第２供給工程を併用するものである。
【００１２】
具体的には、請求項２に示すように、上記ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層の結晶成長プロセスが、第１供給工程の後に第２供給工程を行うというステップを含むものである。また、請求項３に示すように、上記結晶成長プロセスが、上記ステップを２回以上繰り返してなるものである。
【００１３】
このように、第１供給工程と第２供給工程とを交互に繰り返すことにより、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層が、時間平均として低Ａｓ原料比で形成した層となり、発光波長は１．３μｍ帯であり、かつ、従来と比較してＮ組成が大きなＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を形成することができる。
【００１４】
また、請求項４に示すように、Ｎ原料として、モノメチルヒドラジン、１，１−ジメチルヒドラジン、１，２−ジメチルヒドラジン、ターシャリブチルアミン、ターシャリブチルヒドラジン、又はアンモニアの内の少なくとも一種を含んだガスを供給するものである。請求項５に示すように、Ａｓ原料として、アルシン、ターシャリブチルアルシン、又はトリメチル砒素の内の少なくとも一種を含んだガスを供給するものである。
【００１５】
一方、本発明に係る半導体素子は、発光層を有する半導体素子であり、少なくとも発光層を、前述した半導体の製造方法を用いたＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層で形成したものである。
【００１６】
これによって、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板上に、発光波長は１．３μｍ帯であり、かつ、従来と比較してＮ組成が大きなＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を有する半導体素子を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【００１８】
第１の実施の形態に係る半導体の製造方法の、原料供給シーケンスを図１に示す。
【００１９】
本実施の形態に係る半導体の製造方法は、ＧａＡｓ基板（ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板）上に、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、及びＡｓの元素を主成分とする混晶半導体からなるＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を、少なくとも１層、有機金属気相成長法により結晶成長させる際、図１に示すように、Ｇａ原料１１、Ｉｎ原料１２、Ｎ原料１３、及びＡｓ原料１４を供給する第１供給工程と、Ｇａ原料１１、Ｉｎ原料１２、及びＮ原料１３を供給する第２供給工程とを併用して行うものである。結晶成長のプロセスは、第１供給工程終了後に第２供給工程を行うという供給ステップ（ステップ）を含んでおり、好ましくは、この供給ステップを２回以上繰り返すものである。
【００２０】
具体的には、先ず、ＧａＡｓ基板上に所望のエピタキシャル層を形成した後、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層の形成を行う。ここで、最初に、Ｇａ原料（例えば、ＴＥＧａ、ＴＭＧａ）１１、Ｉｎ原料（例えば、ＴＭＩｎ）１２、Ｎ原料（例えば、ＤＭＨｙ）１３、及びＡｓ原料（例えば、ＴＢＡｓ）１４を同時に供給し、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体からなる層の形成を開始する（第１供給工程）。
【００２１】
次に、Ａｓ原料１４の供給だけを停止し、Ｇａ原料１１、Ｉｎ原料１２、及びＮ原料１３は継続して供給し、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体からなる層の形成を継続する（第２供給工程）。ここで、第２供給工程、及び第２供給工程後の第１供給工程においては、成長雰囲気中の、Ｎ原料１３に対するＡｓ原料１４の存在割合が、一時的に低くなる。その結果、Ｎの取込効率が向上し、Ｎ組成が大きな層が形成される。
【００２２】
この第２供給工程の後に第１供給工程を再び繰り返すことで、第２供給工程における成長雰囲気中のＡｓ原料１４の存在割合の低下によるＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体の結晶品質の低下を抑制することができる。このように、第１供給工程と第２供給工程とを、交互に繰り返すという形成手法によって、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層が形成される。
【００２３】
その後、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層上に所望のエピタキシャル層を形成すると共に、電極部の形成及びワイヤボンディングを行うことで半導体素子、例えば発光素子が得られる。
【００２４】
ここで、Ａｓ原料１４の供給時間ｔ１と停止時間ｔ２との比及び時間ｔ１，ｔ２の長短を調整することで、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層におけるＶ族元素の組成制御を行うことができる。より具体的には、Ａｓ原料１４の供給時間ｔ１と停止時間ｔ２との比（ｔ１／ｔ２）は、１以上、好ましくは１〜１０、特に好ましくは４前後である。供給時間ｔ１は、例えば、１〜１０（ｓｅｃ）、好ましくは２〜４（ｓｅｃ）であり、停止時間ｔ２は、例えば、０．１〜２（ｓｅｃ）、好ましくは０．５〜１（ｓｅｃ）である。
【００２５】
また、供給ステップの繰り返し回数とＡｓ原料１４の停止時間ｔ２との関係については、特に限定するものではないが、表面からの原料脱離を考慮すると、停止時間ｔ２を短くし、繰り返し回数を多くするという製造プロセスが好ましい。
【００２６】
また、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層は、必ずしもＧａ、Ｉｎ、Ｎ、及びＡｓの４つの元素のみで構成する必要はなく、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）等のｐ型ドーパント、又はＣ（炭素）、Ｓｉ（シリコン）等のｎ型ドーパントを含んでいてもよい。また、必要に応じて、Ｓｂ（アンチモン）やＰ（燐）等の元素を加え、ＧａＩｎＮＡｓＳｂやＧａＩｎＮＡｓＰ等の５元混晶半導体、又は６元以上の多元混晶半導体としてもよい。
【００２７】
また、Ｎ原料としては、モノメチルヒドラジン（分子式ＣＨ_３ＮＨＮＨ_２）、１，１−ジメチルヒドラジン（分子式（ＣＨ_３）_２ＮＮＨ_２）、１，２−ジメチルヒドラジン（分子式（ＣＨ_３）ＮＨＮＨ（ＣＨ_３））、ターシャリブチルアミン（分子式（ＣＨ_３）_３ＣＮＨ_２）、ターシャリブチルヒドラジン（分子式（ＣＨ_３）_３ＣＮＨＮＨ_２）、又はアンモニア（分子式ＮＨ_３）の内の少なくとも一種を含んだガスが挙げられる。
【００２８】
また、Ａｓ原料としては、アルシン（分子式ＡｓＨ_３）、ターシャリブチルアルシン（分子式Ｃ_４Ｈ_１１Ａｓ）、又はトリメチル砒素（分子式（ＣＨ_３）_３Ａｓ）の内の少なくとも一種を含んだガスが挙げられる。
【００２９】
また、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板としては、ＧａＡｓ基板のみに限定するものではなく、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を形成する際に慣用的に用いられている基板であれば全て適用可能である。更に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板は、Ｓｉ（シリコン）等のｎ型ドーパントを含んでいてもよい。
【００３０】
本実施の形態に係る半導体の製造方法によれば、ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板上に、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を結晶成長させる際、第１供給工程及び第２供給工程を併用して成長・形成しており、このように、第１供給工程と第２供給工程とを交互に繰り返すことにより、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層が、時間平均として低Ａｓ原料比で形成した層となる。この時、Ａｓ原料１４の供給時間ｔ１と停止時間ｔ２との比及び時間ｔ１，ｔ２の長短を調整することで、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層におけるＶ族元素の組成制御を可能としている。
【００３１】
また、本実施の形態に係る半導体の製造方法は、従来の製造方法（Ａｓ原料の供給量に対してＮ原料の供給量を著しく増加させる方法、Ｎ原料の供給量を保ったままＡｓ原料の供給量を減らす方法）と異なり、Ａｓ原料１４の供給時間ｔ１と停止時間ｔ２との比及び時間ｔ１，ｔ２の長短を調整することで、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層におけるＶ族元素の組成制御を行っている。このため、原料供給量の変化の影響を受けることなく、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層の組成を正確に制御することができ、その結果、非平衡系で成長するＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層のＮの取込効率を高めることができる。また、スループットの低下を引き起こすこともない。
【００３２】
また、本実施の形態の製造方法においては、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層の成長プロセス全般に亘って、第１供給工程及び第２供給工程を併用する場合について説明を行ったが、これに限定するものではなく、成長プロセスの一部の過程においてだけ第１供給工程及び第２供給工程を併用し、それ以外は第１供給工程のみを用いてＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を形成するようにしてもよい。このような成長プロセスとすることで、発光素子に必要となる光閉込層や多層反射膜を、従来のＧａＡｓ系化合物半導体の成長技術を用いて容易に形成することができる。
【００３３】
本実施の形態の製造方法を用いて形成した発光素子は、必ずしもレーザである必要はなく、その他にも、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）等へも適用可能である。また、レーザは必ずしも単独のチップで用いる必要はなく、必要に応じてレーザダイオードアレイとしてもよい。さらに、レーザ共振器の構造は、必ずしも多層膜反射鏡による垂直共振器やへき壊面を反射鏡とする共振器でなくてもよく、例えば、素子内に設けた周期構造（グレーティング）を共振器としたり、フォトニック結晶を共振器として用いてもよい。
【００３４】
また、本実施の形態の製造方法を用いて形成した発光素子は、例えば、石英系のシングルモード光ファイバを用いた光通信用のレーザダイオードに応用することも可能である。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定されることは言うまでもない。
【００３６】
【実施例】
次に、本発明について、実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（第１実施例）
第１実施例における発光素子（半導体素子）の横断面模式図を図２に、図２の発光素子の発光スペクトルを図３に示す。
【００３８】
有機金属気相成長法により、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、厚さ９５ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層２２ａと厚さ１０８ｎｍのＳｉドープｎ型ＡｌＡｓ層２２ｂとを交互に３０周期積層した下部多層反射膜２２、厚さ１９０ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓキャビティ層２３、厚さ１０ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ活性層２４、厚さ１９０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＡｓキャビティ層２５、厚さ９５ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＡｓ層２６ａと厚さ１０８ｎｍのＭｇドープｐ型ＡｌＡｓ層２６ｂとを交互に２５周期積層した上部多層反射膜２６、及び厚さ２０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＡｓコンタクト層２７を、順に形成した。
【００３９】
ここで、ＧａＩｎＮＡｓ活性層２４を除く下部多層反射膜２２、キャビティ層２３，２５、上部多層反射膜２６、及びコンタクト層２７を形成する際は、Ｇａ原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、Ａｌ原料にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を用い、Ａｓ原料にアルシン（ＡｓＨ_３）を用いた。これらの原料ガスを、キャリアガスである水素ガスと共に成長炉内に供給し、水素雰囲気中で気相成長した。成長炉内の圧力は６．６７×１０^３Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）、成長温度は６５０℃とした。
【００４０】
また、ＧａＩｎＮＡｓ活性層２４を形成する際は、Ｇａ原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、Ｉｎ原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を用い、Ａｓ原料としてターシャリブチルアルシン（ＴＢＡｓ）、Ｎ原料としてジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）を用いた。ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＢＡｓ、及びＤＭＨｙの流量は、それぞれ２．３×１０^−３ｍｏｌ／分、３．０×１０^−４ｍｏｌ／分、３．４×１０^−３ｍｏｌ／分、５．０×１０^−３ｍｏｌ／分とした。これらの原料ガスを、キャリアガスである水素ガス（流量：１．５リットル／分）と共に成長炉内に供給した。また、ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、ＤＭＨｙ、及びＴＢＡｓを同時供給する第１供給工程の時間とＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、及びＤＭＨｙを供給する第２供給工程の時間との比率は４：１、成長炉内の圧力は６．６７×１０^３Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）、成長温度は５１５℃とした。
【００４１】
次に、ＧａＡｓ基板２１上に各エピタキシャル層を成長・形成させてなるエピタキシャルウェハを３００μｍ角のチップに加工し、そのチップの上下面に、それぞれＡｕ−Ｚｎ合金からなる上部電極２８、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金からなる下部電極２９を形成した。上部電極２８は、直径１０μｍの円孔２８ａを有するリング状電極である。また、上部電極２８が形成された部分の直下に位置する上部多層反射膜２６の一部は予め選択酸化させておき、電流狭窄が生じるように形成した。さらに、上部電極２８にはＡｕワイヤ３０をボンディングし、垂直共振器を有する面発光レーザを作製した。
【００４２】
この面発光レーザに直流電流を通電し、発光出力５ｍＷ時の発光スペクトルを光スペクトルアナライザで測定したところ、図３に示すような発光スペクトルが得られた。図３から、第１実施例の面発光レーザは波長１．３０７μｍで発振していることがわかる。
【００４３】
次に、前述のＧａＩｎＮＡｓ活性層２４と全く同様の条件で、Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ基板２１上に、１００ｎｍのＧａＩｎＮＡｓ層を成長・形成し、ＳＩＭＳ分析を行った。その結果、Ｎ濃度は約３．１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。このＮ濃度は、Ｎ組成が約１．５％（ｍｏｌ％）のＧａＩｎＮＡｓに相当する。このＮ濃度とＸ線回折法で求めたＧａＩｎＮＡｓ層の格子定数から、Ｉｎ組成は約２５％（ｍｏｌ％）と求められた。つまり、本実施例で得た面発光レーザのＧａＩｎＮＡｓ活性層２４は、Ｇａ_０．７５Ｉｎ_０．２５Ｎ_０．０２Ａｓ_０．９８の組成を有していることが判明した。すなわち、本実施例によって、Ｇａ_０．７５Ｉｎ_０．２５Ｎ_０．０２Ａｓ_０．９８活性層を有する波長１．３μｍ帯の面発光レーザを得ることができた。
【００４４】
（第２実施例）
第２実施例における発光素子（半導体素子）の横断面模式図を図４に、図４の発光素子の発光スペクトルを図５に示す。
【００４５】
有機金属気相成長法により、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＡｓ基板４１上に、厚さ５００ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓバッファ層４２、厚さ１５００ｎｍのＳｉドープｎ型Ａｌ_０．７５Ｇａ_０．２５Ａｓクラッド層４３、厚さ５０ｎｍのＳｉドープｎ型ＧａＡｓ光ガイド層４４、厚さ６ｎｍのアンドープＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４５ａと厚さ６ｎｍのアンドープＧａＡｓバリア層４５ｂとを３周期積層したＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ　３−ＭＱＷ層４５、厚さ６０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＡｓ光ガイド層４６、厚さ１５００ｎｍのＭｇドープｐ型Ａｌ_０．７５Ｇａ_０．２５Ａｓクラッド層４７、及び厚さ２０ｎｍのＭｇドープｐ型ＧａＡｓコンタクト層４８を、順に形成した。
【００４６】
ここで、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ　３−ＭＱＷ層４５を除くＧａＡｓバッファ層４２、Ａｌ_０．７５Ｇａ_０．２５Ａｓクラッド層４３，４７、ＧａＡｓ光ガイド層４４，４６、ＧａＡｓコンタクト層４８を形成する際は、Ｇａ原料にＴＭＧａ、Ａｌ原料にＴＭＡｌを用い、Ａｓ原料にＡｓＨ_３を用いた。これらの原料ガスを、キャリアガスである水素ガスと共に成長炉内に供給し、水素雰囲気中で気相成長した。成長炉内の圧力は６．６７×１０^３Ｐａ（５０Ｔｏｒｒ）、成長温度は６５０℃とした。
【００４７】
また、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ　３−ＭＱＷ層４５におけるＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４５ａは、第１実施例におけるＧａＩｎＮＡｓ活性層２４と全く同じ成長条件で成長・形成した。一方、ＧａＡｓバリア層４５ｂを形成する際は、Ｇａ原料にＴＥＧａ、Ａｓ原料にＡｓＨ_３を用いる以外は、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ　３−ＭＱＷ層４５と全く同じ成長条件で成長・形成した。
【００４８】
次に、ＧａＡｓ基板４１上に各エピタキシャル層を成長・形成させてなるエピタキシャルウェハを５００μｍ角のチップにへき開加工した後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、Ｍｇドープｐ型Ａｌ_０．７５Ｇａ_０．２５Ａｓクラッド層４７の表層部及びＭｇドープｐ型ＧａＡｓコンタクト層４８を幅５μｍのストライプ部５５に加工した。その後、ストライプ部５５の上面にＡｕ−Ｚｎ合金からなる上部電極４９を、チップの下面にＡｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金からなる下部電極５０を形成した。その後、上部電極４９にＡｕワイヤ５１をボンディングし、チップにおけるへき開面（図４中における図面と平行な面）を反射面とする共振器を持つファブリーペロー型レーザを作製した。
【００４９】
このレーザに直流電流を通電し、発光出力５ｍＷ時の発光スペクトルを光スペクトルアナライザで測定したところ、図５に示すような発光スペクトルが得られた。図５から、第２実施例のファブリーペロー型レーザは波長１．３５μｍで発振していることがわかる。
【００５０】
本実施例で得たファブリーペロー型レーザのＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層４５ａの成長条件は、第１実施例におけるＧａＩｎＮＡｓ活性層２４の成長条件と全く同じであるから、本実施例におけるＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ　３−ＭＱＷ層４５は、Ｇａ_０．７５Ｉｎ_０．２５Ｎ_０．０２Ａｓ_０．９８／ＧａＡｓ　ＭＱＷであるといえる。すなわち、本実施例によって、Ｇａ_０．７５Ｉｎ_０．２５Ｎ_０．０２Ａｓ_０．９８／ＧａＡｓ　３−ＭＱＷ活性層を有する波長１．３μｍ帯の端面発光型レーザを得ることができた。
【００５１】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を結晶成長させる際、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｎ原料、及びＡｓ原料を供給する第１供給工程、及びＧａ原料、Ｉｎ原料、及びＮ原料を供給する第２供給工程を併用し、第１供給工程と第２供給工程とを交互に繰り返すことにより、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層が、時間平均として低Ａｓ原料比で形成した層となり、原料供給量の変化の影響を受けることなく、ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層の組成を正確に制御することができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体の製造方法の、原料供給シーケンスを示す図である。
【図２】実施例における第１実施例の半導体素子の横断面模式図である。
【図３】図２の半導体素子の発光スペクトルを示す図である。
【図４】実施例における第２実施例の半導体素子の横断面模式図である。
【図５】図４の半導体素子の発光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１１　Ｇａ原料
１２　Ｉｎ原料
１３　Ｎ原料
１４　Ａｓ原料
２１，４１　Ｓｉドープｎ型ＧａＡｓ基板（ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板）
２４　アンドープＧａＩｎＮＡｓ活性層（ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層）
４５　アンドープＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ　３−ＭＱＷ層（ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層）

Claims

ＩＩＩ−Ｖ族半導体基板上に、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、及びＡｓの元素を主成分とする混晶半導体からなるＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を少なくとも１層有する半導体の製造方法において、有機金属気相成長法により上記ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層を結晶成長させる際、Ｇａ原料、Ｉｎ原料、Ｎ原料、及びＡｓ原料を供給する第１供給工程、及びＧａ原料、Ｉｎ原料、及びＮ原料を供給する第２供給工程を併用することを特徴とする半導体の製造方法。
上記ＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層の結晶成長プロセスが、第１供給工程の後に第２供給工程を行うというステップを含む請求項１記載の半導体の製造方法。
上記結晶成長プロセスが、上記ステップを２回以上繰り返してなる請求項１又は２記載の半導体の製造方法。
Ｎ原料として、モノメチルヒドラジン、１，１−ジメチルヒドラジン、１，２−ジメチルヒドラジン、ターシャリブチルアミン、ターシャリブチルヒドラジン、又はアンモニアの内の少なくとも一種を含んだガスを供給する請求項１から３いずれかに記載の半導体の製造方法。
Ａｓ原料として、アルシン、ターシャリブチルアルシン、又はトリメチル砒素の内の少なくとも一種を含んだガスを供給する請求項１から４いずれかに記載の半導体の製造方法。
発光層を有する半導体素子において、少なくとも発光層を、請求項１から５いずれかに記載の半導体の製造方法を用いたＧａＩｎＮＡｓ系混晶半導体層で形成したことを特徴とする半導体素子。