JP2006086199A - 半導体光デバイス及び半導体光デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 半導体光デバイスのｐ型半導体層に、ＢｅとＦｅとを同時にドーピングする場合にも、Ｂｅのドーピング遅れをなくし、所望の正孔濃度を得る。
【解決手段】 少なくともｎ型の導電型を有するｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層と、ｐ型半導体層の両側に形成され、Ｆｅがドーピングされた電流ブロック層とを備える半導体光デバイスにおいて、ｐ型半導体層を形成する際には、ＦｅとＢｅとが、同時にドーピングされる。このとき、ｐ型半導体の正孔濃度は、約１．０×１０１８/cm3とし、Ｆｅ元素濃度が約２×１０１６〜８×１０１６/cm3となるように、各元素をドーピングする材料の流量を調整する。
【選択図】 図１
【解決手段】 少なくともｎ型の導電型を有するｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層と、ｐ型半導体層の両側に形成され、Ｆｅがドーピングされた電流ブロック層とを備える半導体光デバイスにおいて、ｐ型半導体層を形成する際には、ＦｅとＢｅとが、同時にドーピングされる。このとき、ｐ型半導体の正孔濃度は、約１．０×１０１８/cm3とし、Ｆｅ元素濃度が約２×１０１６〜８×１０１６/cm3となるように、各元素をドーピングする材料の流量を調整する。
【選択図】 図１
Description
この発明は半導体光デバイス及び半導体光デバイスの製造方法に関する。更に具体的には、ｐ型ドーパントとしてＢｅを用い、電流ブロック層を高抵抗にするためのドーパントとしてＦｅを用いた半導体光デバイス及びその製造方法に関するものである。
近年、情報通信機器が取り扱う情報量は膨大なものとなり、特に光通信の分野では、４０GHzを超える超高速変調が可能となる半導体発光デバイス（半導体レーザ、変調器、あるいは変調器付きレーザ）や、発光デバイスから光伝送路を通ってきた変調光を受ける８０GHzを超える半導体超高速受光デバイス（フォトダイオードなど）のニーズが高まってきている。
このような半導体発光デバイス、あるいは、半導体受光デバイス（以下、まとめて、「半導体光デバイス等」と称することとする）では、デバイスに電力を供給するために、電極の他に、ｐ型あるいはｎ型の伝導性を持った半導体を併せ持つ。また、４０GHzを超えるような高速変調を可能にさせるために、デバイス抵抗、あるいは静電容量を低減させる必要がある。このため、Ｆｅ‐ＩｎＰ電流ブロック層を、半導体光デバイス等に設けるなど、デバイスに注入する電流が流れる領域を限定する方法が採られている。
Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層を、半導体光デバイス等に設ける場合、ｐ型半導体に接するようにして、ｐ型半導体の両側にＦｅ−ＩｎＰ電流ブロック層を設ける場合が多い。しかし、このような構造の場合、Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層のＦｅが、ｐ型半導体のｐ型ドーパント（例えば、Ｚｎ、Ｂｅ、あるいは、Ｍｇ等）と相互拡散を起こすことが考えられる。このようにＦｅとｐ型ドーパントとの間で相互拡散が起きると、Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層の抵抗が、ｐ型半導体と接する界面付近で低下することとなる。この場合、ｐ型半導体の両側に、高抵抗のＦｅ−ＩｎＰ電流ブロック層を設けて、電流の流れる領域を限定するという、Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層の機能を、効率よく発揮できなくなる不具合が生じてしまう。
従って、この対策として、Ｆｅが、ｐ型半導体のｐ型ドーパントと相互拡散を起こさないようにする方法が考えられている。
このような方法の１つとして、例えば、Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層に接するｐ型半導体に、ｐ型ドーパントと共に、Ｆｅを同時にドーピングする方法がある（例えば、特許文献１参照）。
また、Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層をＲｕ−ＩｎＰ電流ブロック層とする方法も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
このような方法の１つとして、例えば、Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層に接するｐ型半導体に、ｐ型ドーパントと共に、Ｆｅを同時にドーピングする方法がある（例えば、特許文献１参照）。
また、Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層をＲｕ−ＩｎＰ電流ブロック層とする方法も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
ところで、ｐ型半導体にドーピングするｐ型ドーパントとしては、特に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）では、Ｚｎが用いられることが多い。しかし、Ｚｎの拡散係数は比較的大きく、活性層へ拡散することも考えられる。このため、半導体レーザの発光効率が悪くなるという問題が挙げられ、Ｚｎに代えて、Ｂｅ等、拡散係数が小さい材料を用いる検討が進められている（例えば、特許文献２参照）。
しかし、ｐ型半導体のドーパントとしてＢｅを用いる場合に、Ｂｅと、Ｆｅを同時にドーピングしようとしても、Ｂｅにドーピング遅れが生じてしまうことが考えられる。従って、従来の方法により、半導体に、ＦｅとＢｅとを同時にドーピングすることは、困難であると考えられる。
従って、この発明は、このような問題を解決し、半導体に、ＢｅとＦｅとを同時にドーピングする方法を用いた半導体光デバイスの製造方法、及び、電流ブロック層のＦｅとｐ型半導体中のＢｅとの相互拡散が抑えられつつ、必要な濃度にＢｅとＦｅがドーピングされた半導体光デバイスを提供するものである。
この発明の半導体光デバイスは、少なくともｎ型の導電型を有するｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型の導電型を有するｐ型半導体層と、前記ｐ型半導体層の両側に形成され、Ｆｅがドーピングされた電流ブロック層と、を備える。また、前記ｐ型半導体層には、ＦｅとＢｅとがドーピングされ、かつ、正孔濃度が、約１．０×１０１８/cm3であり、Ｆｅ元素濃度が約２×１０１６〜８×１０１６/cm3である。なお、ここで、正孔濃度、約１．０×１０１８/cm3には、少なくとも製造上見込まれる±０.３×１０１８/cm3のばらつきをも含むものとする。
また、この発明の半導体光デバイスの製造方法は、ｎ型半導体層を形成するｎ型半導体層形成工程と、前記ｎ型半導体層上に活性層を形成する活性層形成工程と、前記活性層上に、ｐ型半導体層を形成するｐ型半導体層形成工程と、前記ｐ型半導体層の両側に電流ブロック層を形成する電流ブロック層形成工程と、を備える。ここで、ｐ型半導体層は、ＦｅとＢｅとがドーピングされており、前記ｐ型半導体層形成工程においては、前記ｐ型半導体層に含まれる層を成長する際に、ＢｅとＦｅとを同時にドーピングする。
なお、この発明において、ｐ型半導体層の正孔濃度、約１．０×１０１８/cm3とする場合には、少なくとも製造上見込まれる±０.３×１０１８/cm3のばらつきをも含むものとする。
この発明においては、ＦｅとＢｅとを、同時ドーピングにより、半導体に同時ドーピングすることができる。従って、ｐ型半導体装置のドーパントとしてＢｅを用いる場合にも、電流ブロック層のＦｅと、Ｂｅとの相互拡散を効果的に抑えることができ、動作特性の良好な半導体光デバイスを得ることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
また、以下の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及する場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
また、以下の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及する場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に限定されるものではない。また、実施の形態において説明する構造や、方法におけるステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
まず、この発明の以下の実施の形態における概要を説明する。
図１は、ＦｅとＢｅとを同時ドーピングした場合における、Ｂｅのドーピング遅れ量を表すグラフである。縦軸は、ドーピング遅れ量（μm）を表し、横軸は、Ｃｐ２Ｆｅモル流量（pmol/min）を表す。
また、図２は、Ｂｅ及びＦｅの濃度分布を表すグラフである。図２（ａ）は、ＦｅとＢｅとを同時ドーピングした場合であり、図２（ｂ）は、Ｂｅのみをドーピングした場合を表す。また、図２（ａ）、（ｂ）において、それぞれ、縦軸は、濃度（atmos/cc）を表し、横軸は、表面からの深さ（μm）を表す。
また、図３は、Ｂｅ及びＦｅを、同時ドーピングした場合と、Ｂｅのみをドーピングした場合の、相互拡散の状態を説明するためのグラフである。図３（ａ）は、ＦｅとＢｅとを同時ドーピングした場合であり、図３（ｂ）は、Ｂｅのみをドーピングした場合である。また、図３（ａ）、（ｂ）において、それぞれ、縦軸は、濃度（任意単位）を表し、横軸は、表面からの位置（μm）を表す。
図１は、ＦｅとＢｅとを同時ドーピングした場合における、Ｂｅのドーピング遅れ量を表すグラフである。縦軸は、ドーピング遅れ量（μm）を表し、横軸は、Ｃｐ２Ｆｅモル流量（pmol/min）を表す。
また、図２は、Ｂｅ及びＦｅの濃度分布を表すグラフである。図２（ａ）は、ＦｅとＢｅとを同時ドーピングした場合であり、図２（ｂ）は、Ｂｅのみをドーピングした場合を表す。また、図２（ａ）、（ｂ）において、それぞれ、縦軸は、濃度（atmos/cc）を表し、横軸は、表面からの深さ（μm）を表す。
また、図３は、Ｂｅ及びＦｅを、同時ドーピングした場合と、Ｂｅのみをドーピングした場合の、相互拡散の状態を説明するためのグラフである。図３（ａ）は、ＦｅとＢｅとを同時ドーピングした場合であり、図３（ｂ）は、Ｂｅのみをドーピングした場合である。また、図３（ａ）、（ｂ）において、それぞれ、縦軸は、濃度（任意単位）を表し、横軸は、表面からの位置（μm）を表す。
図１のドーピングにおいて、Ｂｅドーピング用の有機金属として、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅ（Ｂｅ（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２；ビスメチルシクロペンタジエニルベリリウム）を用い、Ｆｅドーピング用の有機金属として、Ｃｐ２Ｆｅを用いた。図１のグラフ中、黒丸でプロットした曲線は、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの流量が、２６．４pmol/minの場合を表し、黒四角でプロットした曲線は、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの流量が、５２．８pmol/minの場合を表す。この流量は、Ｂｅを単独でドーピングした場合に、正孔濃度が、それぞれ、１×１０１８/cm3、２×１０１８/cm3となる量である。また、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）による成膜を行い、ＢｅをドーピングするＩｎＰの成膜条件としては、温度約６００℃、成膜圧力約１００mbar、膜成長速度約２.５μm/h、V/III比４０である。また、Ｃｐ２Ｆｅの流量を変化させているが、具体的に、１０pmol/minでは、結晶中にＦｅは、１．２×１０１７/cm3存在し、６．５pmol/minでは、結晶中にＦｅは、８．０×１０１６/cm3存在する。
図１からわかるように、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの供給量の大小にかかわらず、Ｃｐ２Ｆｅモル流量が増加するにつれて、Ｂｅのドーピング遅れ量は増大する。即ち、ＢｅとＦｅとを同時にドーピングすれば、必然的に、Ｂｅにドーピング遅れが生じることになる。
また、図２から、Ｂｅのみの注入の場合には、ドーピング遅れが生じないが、Ｆｅと、Ｂｅとを同時にドーピングした場合には、深さ０.８〜２．０μm付近に、Ｂｅのドーピング遅れ領域が発生し、特に、１.３〜２．０μmにはＢｅが全くドーピングされていないことがわかる。
しかしながら、図１に示すように、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの供給量が大きいほど、Ｂｅのドーピング遅れ量は小さくなることを発明者は発見した。
従って、この発明では、このことを利用して、Ｂｅのドーピング遅れ量を、半導体光デバイス等の動作特性に悪影響を与えない範囲に抑えるように、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの流量を制御して、同時ドーピングを行うものである。
従って、この発明では、このことを利用して、Ｂｅのドーピング遅れ量を、半導体光デバイス等の動作特性に悪影響を与えない範囲に抑えるように、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの流量を制御して、同時ドーピングを行うものである。
また、同時に、発明者は、ＩｎＰ層に、Ｆｅが予め存在することにより、ＢｅとＦｅとの間の相互拡散が抑制されることを発見した。即ち、この実施の形態において、ＢｅとＦｅとを同時にドーピングすることで、同時に、相互拡散を抑制することができる。これについて、図３を用いて説明する。
図３においては、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの流量を、５２．８pmol/minとし、更に、Ｃｐ２Ｆｅの流量を６．５pmol/minとしている。また、図１に説明した場合と同様、ＭＯＣＶＤ法による成膜を行い、ＢｅをドーピングするＩｎＰの成膜条件としては、温度約６００℃、成膜圧力約１００mbar、膜成長速度約２.５μm/hである。
図３（ｂ）に示すように、Ｂｅのみをドーピングした場合には、Ｆｅ−ＩｎＰ層とＢｅ−ＩｎＰ層との間で、相互拡散が起こり、Ｆｅ−ＩｎＰ層の、Ｂｅ−ＩｎＰ層との境界付近に、約１.５μmの幅の空乏層が発生する。
しかしながら、図３（ａ）に示すように、ＦｅとＢｅとの同時ドーピングを行う場合、この境界付近にも空乏層は発生しない。即ち、ＦｅとＢｅとを同時にドーピングすることで、ＩｎＰ層にＦｅが存在することとなるため、Ｆｅ−ＩｎＰ層と、Ｆｅ＆Ｂｅ−ＩｎＰ層との間で相互拡散を抑えることができる。
従って、以下に説明するこの発明の実施の形態では、上述したように、Ｂｅのドーピング遅れ量を抑えつつ、更に、同時ドーピングを行い、同時に、電流ブロック層のＦｅと、半導体のＢｅとの間の相互拡散を抑えることもできる。
実施の形態１．
図４は、この発明の実施の形態１における半導体光デバイスを説明するための模式図である。
図４に示すように、実施の形態１における半導体光デバイスは、ｎ−ＩｎＰ基板２上に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層４、ｎ−ＩｎＰ層６、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層８が積層されている。ｎ−ＩｎＧａＡｓ層４、ｎ−ＩｎＰ層６、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層８の膜厚は、それぞれ、５００nm、１５００nm、８００nmである。
図４は、この発明の実施の形態１における半導体光デバイスを説明するための模式図である。
図４に示すように、実施の形態１における半導体光デバイスは、ｎ−ＩｎＰ基板２上に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層４、ｎ−ＩｎＰ層６、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層８が積層されている。ｎ−ＩｎＧａＡｓ層４、ｎ−ＩｎＰ層６、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層８の膜厚は、それぞれ、５００nm、１５００nm、８００nmである。
また、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層８上には、活性層として、ノンドープＩｎＧａＡｓ光吸収層１０が形成されている。ＩｎＧａＡｓ光吸収層の膜厚は、約４００nmである。
ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０上には、ｐ型のコンタクト層１４が形成されている。コンタクト層１４の両側には、Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層１６が形成されている。Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層１６は、コンタクト層１４に流れる電流を制限するために形成された高抵抗な層であり、その膜厚は、約２５００nmである。
コンタクト層１４は、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０上に、下から順に、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓＰ層１８、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓＰ層２２、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓ層２４が積層されて構成されている。Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓＰ層１８、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓＰ層２２、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓ層２４の膜厚は、それぞれ、約８００nm、１０００nm、２０nm、２５０nmである。また、コンタクト層１４の幅は、８００nmである。
図５は、この発明の実施の形態１における半導体光デバイスの製造方法について説明するためのフロー図である。
まず、ＭＯＣＶＤ法における材料ガスとしては、Ｈ２Ｓ（硫化水素）、ＳｉＨ４（シラン）、Ｓｉ２Ｈ６（ジシラン）、Ｖ族の原子の原料として、Ａｓに対しては、ＡｓＨ３（アルシン）、Ｐに対してはＰＨ３（フォスフィン）、また、有機金属として、Ｇａに対しては、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）あるいはＴＥＧ（トリエチルガリウム）、Ｉｎに対しては、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）あるいはＴＥＩ（トリエチルインジウム）等を用いる。また、ｐ型ドーパントとしては、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅを用いる。
まず、ＭＯＣＶＤ法における材料ガスとしては、Ｈ２Ｓ（硫化水素）、ＳｉＨ４（シラン）、Ｓｉ２Ｈ６（ジシラン）、Ｖ族の原子の原料として、Ａｓに対しては、ＡｓＨ３（アルシン）、Ｐに対してはＰＨ３（フォスフィン）、また、有機金属として、Ｇａに対しては、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）あるいはＴＥＧ（トリエチルガリウム）、Ｉｎに対しては、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）あるいはＴＥＩ（トリエチルインジウム）等を用いる。また、ｐ型ドーパントとしては、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅを用いる。
具体的に、これらの材料から、適切な材料を選択し、従来通りＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＩｎＰ基板２上に、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層４、ｎ−ＩｎＰ層６、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層８を順に積層し、更に、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０を形成する（ステップＳ２〜Ｓ８）。
Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓＰ層１８、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓＰ層２２、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓ層２４を積層する（ステップＳ１０〜Ｓ１６）。
ここで、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０中に含まれる正孔濃度を、１×１０１８/cm３に保ちつつ、Ｂｅのドーピング遅れ量は、０．０２５μm以下とするため、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの供給量は、約５２.８pmol/minとする。この量は、Ｂｅ単独ドーピングの場合には、ＩｎＰに対して、正孔濃度が２.０×１０１８/cm3になる量である。ただし、実際には、Ｆｅとの同時ドーピングを行うため、正孔濃度は、１×１０１８/cm3となる。また、Ｃｐ２Ｆｅの供給量は、２±１pmol/minの範囲内で一定の供給量とする。
なお、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅ及びＣｐ２Ｆｅの供給量は、図１からも、Ｂｅのドーピング遅れ量が、０.０２５μm以下となり、光デバイスの動作特性上問題が生じない量であることがわかる。
また、たとえば、コンタクト層１４のＢｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０以外の層に対して、正孔濃度を１×１０１８/cm3以上にしたい時には、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの供給量を、その正孔濃度に対応した量に設定する。このとき、Ｃｐ２Ｆｅの供給量は、２±１pmol/minの範囲内とすればよい。Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層１６とコンタクト層１４とのＢｅの相互拡散は、コンタクト層１４内に予めＦｅが存在すれば抑制されることがわかっているので、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０以外の層には、その濃度にかかわらず、Ｆｅが同時にドーピングされていれば良いからである。
同時ドーピングは従来の方法と同じである。例えば、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０を形成する場合、例えば、直径約３４５mm、高さ約２７mmの円柱形のチャンバーを用いる。そして、膜成長温度約６００℃、成長速度２.５μm/h、成長圧力１００mbarの条件下で、材料ガスとして、ＴＭＩを、２３５.３pmol/min供給し、ＰＨ３を、１.３３９pmol/min供給する。さらに、ドーピングする層の半導体の成長を始めるタイミングで、Ｃｐ２Ｆｅを２±１pmol/min供給し、同時に、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅを、必要な正孔濃度になる流量で供給する。以上のようにして、ｐ型のドーパントとしてＢｅがドーピングされたｐ型半導体からなるコンタクト層１４に、Ｆｅを同時にドーピングすることができる。
その後、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０及びコンタクト層１４を所望の形状にエッチングする（ステップＳ１８）。そして、この両側に、Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層１６を形成する（ステップＳ２０）。Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層は、ＭＯＣＶＤ法により従来と同様の方法で形成する。
以上説明したように、実施の形態１においては、ｐ型ドーパントとして、Ｂｅを用いる場合に、ＢｅとＦｅとを同時にドーピングする。ここで、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅ及びＣｐ２Ｆｅの各供給量は、Ｆｅを同時にドーピングしても、Ｂｅのドーピング遅れが、０.０２５μm以内になるように設定している。従って、Ｆｅを同時にドーピングしても、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０内を含め、各層１８~２４内に、十分にｐ型ドーパントであるＢｅを供給することができる。従って、ｐ型半導体の動作特性を良好に維持しつつ、各層にＦｅをドーピングすることで、Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層１６とコンタクト層１４との間での、Ｂｅの相互拡散を抑えることができる。したがって、デバイス特性の良好な半導体光デバイスを得ることができる。
なお、この実施の形態１においては、Ｂｅドーピングに、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅを用いているが、固体Ｂｅを用いてもよい。この場合、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法によるＢｅとＦｅの同時ドーピングのケースとなる。
実施の形態１においては、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０におけるＣｐ２Ｆｅの供給量を、２±１pmol/minの範囲内で一定とする場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、供給量を変化させたものであってもよい。
図６は、コンタクト層成膜中のＦｅの供給量の他の例を説明するグラフである。
例えば、図６に示す場合においては、Ｆｅの元素濃度を、２×１０１６〜８×１０１６/cm3の範囲内に保つように、成膜開始から、一定時間（ｔ１）経過までは、約２.５pmol/min供給し、その後、成膜終了時（ｔ０）まで、供給量を約２.０pmol/minに減らして、供給している。このように、Ｃｐ２Ｆｅの供給量は、正孔濃度を所定の範囲に保つ範囲で、変化させて供給するものであってもよい。なお、供給量は、２±１pmol/minの範囲であることが好ましい。
例えば、図６に示す場合においては、Ｆｅの元素濃度を、２×１０１６〜８×１０１６/cm3の範囲内に保つように、成膜開始から、一定時間（ｔ１）経過までは、約２.５pmol/min供給し、その後、成膜終了時（ｔ０）まで、供給量を約２.０pmol/minに減らして、供給している。このように、Ｃｐ２Ｆｅの供給量は、正孔濃度を所定の範囲に保つ範囲で、変化させて供給するものであってもよい。なお、供給量は、２±１pmol/minの範囲であることが好ましい。
また、実施の形態１において、正孔濃度を１×１０１８/cm3として説明した。しかし、この濃度には、±０.３×１０１８/cm3の、製造上見込まれる誤差を含むものと考える。
なお、例えば、実施の形態１において、ｎ−ＩｎＧａＡｓ層４、ｎ−ＩｎＰ層６、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層８は、この発明の「ｎ型半導体層」に該当し、ＩｎＧａＡｓ光吸収層１０は、この発明の「活性層」に該当する。また、コンタクト層１４は、この発明の「ｐ型半導体層」に該当し、Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層１６は、この発明の「電流ブロック層」に該当する。但し、この発明は、必ずしも実施の形態１において説明した構造に限るものではなく、この発明の範囲内で、他の構造であってもよい。
また、例えば、実施の形態１において、ステップＳ２〜Ｓ６を実行することにより、この発明の「ｎ型半導体形成工程」が実行され、ステップＳ８を実行することにより、この発明の「活性層形成工程」が実行され、ステップＳ１０〜Ｓ１８を実行することにより、「ｐ型半導体層形成工程」が実行され、ステップＳ２０を実行することにより「電流ブロック層形成工程」が実行される。
実施の形態２．
実施の形態２においても、Ｂｅをｐ型ドーパントに用いたコンタクト層１４中のＢｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０の正孔濃度を、１×１０１８/cm3に保ちつつ、Ｆｅを同時ドーピングする。
実施の形態２においても、Ｂｅをｐ型ドーパントに用いたコンタクト層１４中のＢｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０の正孔濃度を、１×１０１８/cm3に保ちつつ、Ｆｅを同時ドーピングする。
ただし、実施の形態２においては、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの供給量Ｘを、Ｘ０（pmol/min）の２ｎ倍とする。ここで、Ｘ０は、Ｂｅを単独ドーピングした場合にＩｎＰ層の正孔濃度を１×１０１８/cm3にできる（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの供給量を表す。
また、このとき、Ｃｐ２Ｆｅの供給量Ｙは、次式（１）のように設定する。
Ｙ＝２＋（ｎ−１）±１ (pmol/min) ・・・・（１）
また、このとき、Ｃｐ２Ｆｅの供給量Ｙは、次式（１）のように設定する。
Ｙ＝２＋（ｎ−１）±１ (pmol/min) ・・・・（１）
即ち、この実施の形態２においては、同時ドーピングする場合のＣｐ２Ｆｅの供給量Ｙは、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの供給量Ｘの増減に併せて、供給量Ｙも増減させて、適正な供給量で供給する。
（ＭｅＣｐ）２Ｂｅ及びＣｐ２Ｆｅの供給量をこのように設定する場合、ＢｅとＦｅを同時ドーピングしても、ドーピング遅れを抑え、Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層２０の正孔濃度を１×１０１８/cm3にすることができる。
実施の形態３．
実施の形態３においても、ｐ型ドーパントとしてＢｅを用い、コンタクト層１４には、ＢｅとＦｅとを同時に供給する。
但し、実施の形態３では、Ｂｅの正孔濃度を、ｍ×１０１８/cm3とする場合について説明する。なお、この正孔濃度の値には、±０.３×１０１８/cm3程度の製造上の誤差は含んで考えるものとする。
実施の形態３においても、ｐ型ドーパントとしてＢｅを用い、コンタクト層１４には、ＢｅとＦｅとを同時に供給する。
但し、実施の形態３では、Ｂｅの正孔濃度を、ｍ×１０１８/cm3とする場合について説明する。なお、この正孔濃度の値には、±０.３×１０１８/cm3程度の製造上の誤差は含んで考えるものとする。
Ｃｐ２Ｆｅの流量は、２±１pmol/minとする。これに対して、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの供給量Ｘは、Ｘ０の２ｍ倍とする。なおここで、Ｘ０は、Ｂｅを単独ドーピングしたときに、正孔濃度を、１×１０１８/cm3とすることができる供給量である。
このように、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅの供給量を設定することにより、十分な正孔濃度を確保しつつ、Ｆｅ濃度を一定に保つことができる。従って、ＢｅとＦｅとを同時ドーピング
する場合にも、ｐ型半導体の正孔濃度を高くしてデバイス抵抗の低減が可能になる。
する場合にも、ｐ型半導体の正孔濃度を高くしてデバイス抵抗の低減が可能になる。
２ ｎ−ＩｎＰ基板
４ ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
６ ｎ−ＩｎＰ層
８ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層
１０ ＩｎＧａＡｓ光吸収層
１４ コンタクト層
１６ Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層
１８ Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓＰ層
２０ Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層
２２ Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓＰ層
２４ Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓ層
４ ｎ−ＩｎＧａＡｓ層
６ ｎ−ＩｎＰ層
８ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層
１０ ＩｎＧａＡｓ光吸収層
１４ コンタクト層
１６ Ｆｅ−ＩｎＰ電流ブロック層
１８ Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓＰ層
２０ Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＰ層
２２ Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓＰ層
２４ Ｂｅ＆Ｆｅ−ＩｎＧａＡｓ層
Claims (7)
- 少なくともｎ型の導電型を有するｎ型半導体層と、
活性層と、
ｐ型の導電型を有するｐ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層の両側に形成され、Ｆｅがドーピングされた電流ブロック層と、
を備え、
前記ｐ型半導体層には、ＦｅとＢｅとがドーピングされ、かつ、正孔濃度が、約１．０×１０１８/cm3であり、Ｆｅ元素濃度が約２×１０１６〜８×１０１６/cm3であることを特徴とする半導体光デバイス。 - ｎ型半導体層を形成するｎ型半導体層形成工程と、
前記ｎ型半導体層上に活性層を形成する活性層形成工程と、
前記活性層上に、ＦｅとＢｅとがドーピングされたｐ型半導体層を形成するｐ型半導体層形成工程と、
前記ｐ型半導体層の両側に電流ブロック層を形成する電流ブロック層形成工程と、
を備え、
前記ｐ型半導体層形成工程は、前記ｐ型半導体層に含まれる層を成長する際に、Ｂｅ元素をｐ型ドーパントとして用いて、ＢｅとＦｅとを同時にドーピングすることを特徴とする半導体光デバイスの製造方法。 - 前記ｐ型半導体層形成工程において、Ｂｅ元素ドーピング材料の供給量を、前記Ｂｅ元素ドーピング材料を単独でドーピングした時に、前記ｐ型半導体層の正孔濃度を、約１×１０１８/cm3にできる量の、２ｎ倍とするとき、
Ｆｅ元素ドーピング材料の供給量を、２+（ｎ−１）±１pmol/minの範囲内とすることを特徴とする請求項２に記載の半導体光デバイスの製造方法。 - 前記ｐ型半導体層形成工程において、
Ｆｅ元素ドーピング材料の供給量を、２±１pmol/minの範囲内とするとき、
前記ｐ型半導体層の正孔濃度をｍ×１０１８/cm3とするため、Ｂｅ元素ドーピング材料の供給量は、前記Ｂｅ元素ドーピング材料を単独でドーピングした時に、前記ｐ型半導体層の正孔濃度を、約１×１０１８/cm3にできる量の、２ｍ倍とすることを特徴とする請求項２に記載の半導体光デバイスの製造方法。 - 前記ｐ型半導体層形成工程において、前記Ｆｅ元素ドーピング材料は、前記ｐ型半導体層の前記Ｆｅ元素の元素濃度が、２×１０１６〜８×１０１６/cm3の範囲内になる一定の供給量を継続して供給することを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の半導体光デバイスの製造方法。
- 前記ｐ型半導体層形成工程は、前記ｐ型半導体層の前記Ｆｅ元素の元素濃度が、２×１０１６〜８×１０１６/cm3の所定の範囲内になるように、前記Ｆｅ元素ドーピング材料の供給量を調節することを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の半導体光デバイスの製造方法。
- 前記Ｂｅのドーパント材料として、（ＭｅＣｐ）２Ｂｅを用いることを特徴とする請求項２から６の何れかに記載の半導体光デバイスの製造方法。
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