JP3401715B2 - 化合物半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体装置
の製造方法に関し、より詳しくは、マスクが形成された
成長基板上に有機金属気相成長法などの気相成長法を用
いて化合物半導体層を所定の領域に選択成長する工程を
含む化合物半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光通信技術の進展と処理情報量の
拡大により、各家庭への光ファイバの敷設が検討される
段階に至っている。各家庭への支線系に光ファイバを敷
設しようとすると、通信の幹線系で使用されている半導
体レーザに比べて遙に低価格の半導体レーザの使用が要
求される。

【０００３】従来では、特に、半導体レーザと光ファイ
バの光結合に多大のコストがかかるために、半導体レー
ザから出射されたレーザビームのスッポット形状を変換
するための導波路を１回の結晶成長で形成することがで
きる半導体集積回路装置の製造方法が開発されてきた。
従来から、選択成長マスクを施した基板上に有機金属気
相成長法等の気相成長によって結晶成長を行うと、選択
成長マスクの近傍領域の結晶成長速度が選択成長マスク
から遠い領域の結晶成長速度に比べて大きくなるという
現象が知られている。

【０００４】このような選択成長マスクを使用して複数
の領域毎に成長速度を異ならせる結晶成長を以下に選択
成長という。その選択成長を利用した化合物半導体光装
置は、例えばTabuchi et al., The Institute of Elec
tronic Information Communication in Japan, Nationa
l Autumn Meeting 1993, Lecture Number C-182 、或い
はKobayashi et al., IEEE Photon. Tech. Lett., Vol.
6, pp.1080-1081, 1944 に記載されている。

【０００５】このような現象を用いて化合物半導体発光
装置と化合物半導体導波路をモノリシックに集積したビ
ーム変換導波路付き化合物半導体発光装置を製造すると
ができる。このように、選択成長マスクを用いて選択成
長される結晶層の膜厚を制御することができれば、同一
の基板上に異なる半導体装置を同時に形成する場合の装
置設計のマージンを大きくすることができる。

【０００６】次に、化合物半導体発光装置と化合物半導
体導波路を集積したビーム変換導波路付き化合物半導体
発光装置を製造する場合を例にして、選択成長マスクを
用いた従来の選択成長法を説明する。図１は、有機金属
気相成長法を用いた選択成長方法をする場合の基板と選
択成長マスクを示す平面図である。本発明者らは、図１
に示すような選択成長マスクを配置して基板上に結晶の
選択成長を試みた。

【０００７】この図において、符号１１は成長基板、Ｍ
₁₁、Ｍ₁₂、Ｍ₁₃、Ｍ₁₄、Ｍ₂₁、Ｍ₂₂、Ｍ₂₃及びＭ₂₄はそ
れぞれ基板上に形成された選択成長マスク、１３はスト
ライプ部とよばれる選択成長マスク相互間の狭い領域、
１４は開放部と呼ばれる選択成長マスク相互間の広い領
域である。選択マスクを用いた有機金属気相成長法によ
る選択成長方法においては、例えばInP などの基板１１
の上に、長さＬが６００μｍ、幅Ｗが２４０〜２８０μ
ｍのSiO₂等からなる選択成長マスクＭ₁₁、Ｍ₁₂、Ｍ₁₃、
Ｍ₁₄を１０〜６０μｍの間隔（Ｗ₁ ）をおいて図中ｙ方
向に配置し、同様に配置した選択成長マスクＭ₂₁、
Ｍ₂₂、Ｍ₂₃、Ｍ₂₄を選択成長マスクＭ₁₁、Ｍ₁₂、Ｍ₁₃、
Ｍ₁₄から１２００μｍの間隔（Ｌ₁ ）をおいて図中ｘ方
向に配置する。

【０００８】そして、このように選択成長マスクＭ₁₁、
Ｍ₁₂、Ｍ₁₃、Ｍ₁₄、Ｍ₂₁、Ｍ₂₂、Ｍ ₂₃、Ｍ₂₄が形成され
た成長基板１１の上の全面に均一の成長条件でInP 結晶
層を有機金属気相成長法によって成長する。これによっ
て例えば、ストライプ部１３の中間を通って開放部１４
を経て別のストライプ部１３の中間まで延びるｘ線（仮
想線）上に沿って変化のある膜厚分布が生じる。

【０００９】図２は、成長雰囲気圧力を１００Torrとし
た場合の選択成長マスクＭ₁₂、Ｍ₁₃の中央部Ｏからの距
離と成長速度の関係説明である。図２は、図１における
選択成長マスクＭ₁₁〜Ｍ₂₄の幅Ｗを２４０μｍ、長さＬ
を６００μｍとし、ストライプ部１３の幅Ｗ₁ を６０μ
ｍとし、開放部１４の長さＬ₁ を１２００μｍとして、
InP 基板の（００１）面上にInP 結晶層を成長雰囲気圧
力１００Torrで成長した場合のストライプ部１３の長さ
方向（ｘ方向）の成長速度を示している。

【００１０】図２において縦軸は、４つの成長マスクＭ
₁₂、Ｍ₁₃、Ｍ₂₂、Ｍ₂₃の間の開放部１４に成長されたIn
P 結晶層の成長速度に基づいて規格化した成長速度を示
し、横軸はストライプ部１３の中央を原点Ｏとして位置
を示している。図２において、３００μｍの位置の破線
は選択成長膜マスクＭ₁₂、Ｍ₁₃の端を示している。図２
に示した膜厚分布は、InP 基板の（００１）面方位の上
にSiO₂からなる選択成長マスクＭ₁₁〜Ｍ₂₄を形成し、そ
の上にInP 結晶層を成長した場合の結果を示している
が、他の結晶層、例えばInGaAsを結晶成長する場合もほ
ぼ同様の結果が得られる。

【００１１】このように、ストライプ部１３で成長した
厚い化合物半導体よりなる高屈折率結晶層によって半導
体レーザの利得領域を構成し、開放部１４に成長した薄
い化合物半導体よりなる高屈折率結晶層によって半導体
レーザの出射光ビームスポットの形状を変化する導波路
部分を構成することができる。これにより、半導体レー
ザの活性層を量子井戸から構成する場合には、活性層と
なる井戸層が厚く、導波路部分で井戸層がなだらかに薄
くなる。その結果、活性層から出た光は吸収損失を受け
ることなく、光ビーム形状は光閉じ込めが徐々に小さく
なって導波路部分で広がり、さらに導波路部分の端の劈
開面からビームサイズが大きく且つビーム広がり角が小
さな光として出射する。

【００１２】そのような導波路部分でのビームスポット
形状変換性を向上するためには、開放部１４の結晶成長
速度に対するストライプ部１３の結晶成長速度の比、即
ち、選択成長比を大きくとることが重要である。前述の
ように、従来の選択成長マスクを用いた選択成長によっ
て、半導体レーザのような化合物半導体発光装置と化合
物半導体導波路をモノリシックに集積した光半導体装置
を製造できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術で
は、化合物半導体発光装置と化合物半導体導波路を構成
する各層の成長速度分布を複数の領域毎に所望の量で自
由に変えることが示されておらず、例えばストライプ部
１３の幅を狭くすることにより発光部（利得領域）での
結晶の成長速度を大きくしようとすると、それにつれて
活性層上のクラッド（cladding）層の成長速度も大きく
なってしまう。

【００１４】例えば、導波路部分のクラッド層の厚さは
一般に１μｍ程度必要とされる。ビーム変換を行わせる
ために活性層（高屈折率層）に必要とされる選択成長比
を「５」とし、その条件で導波路部において厚さ１μｍ
のクラッド層を形成すると半導体レーザでのクラッド層
は５μｍの厚さに成長してしまう。これは半導体レーザ
領域ではクラッド層として必要以上の膜厚に成長して半
導体レーザの素子抵抗が増加する要因になる。また、こ
の場合、利得領域と導波路領域のクラッド層表面に４μ
ｍ程度の凹凸が発生することになり、結晶成長後の加工
が困難になる。

【００１５】このような問題を解決する最も単純な方法
として、半導体レーザの活性層を形成した後に選択成長
マスクを除去し、次いで２回目の結晶成長で均一な厚さ
のクラッド層を全体に成長するという方法があるが、こ
の場合、本来１回で済ませようとする結晶成長を２回に
分けることになり、製造上歩留りが低下してしまう。以
上述べたように、結晶成長中に選択成長比を制御するこ
とができる技術が望まれている。このような要望は、ビ
ーム変換導波路付きの化合物半導体発光装置に限るもの
ではなく、同一の化合物半導体結晶上に異なる半導体装
置を同時に形成しようとする場合の共通の要望である。

【００１６】本発明の目的は、マスクを使用して化合物
半導体を選択成長する場合の選択成長比を成長中に制御
して所望の化合物半導体層の膜厚又は組成分布を得る工
程を含む化合物半導体の製造方法を提供することにあ
る。

【００１７】

【課題を解決するための手段】

（手 段）上記した課題は、図４、図６に例示するよう
に、選択成長マスクＭ₁₁〜Ｍ₂₄が形成された基板１１の
表面に気相成長法により化合物半導体層を形成すること
により、該基板１１表面のうち該選択成長マスクＭ₁₁〜
Ｍ₂₄に近い領域に形成される化合物半導体層の成長速度
或いは組成と遠い領域に形成される該化合物半導体層の
成長速度或いは組成とを異ならせる工程を含む化合物半
導体装置の製造方法において、前記基板１１の表面近傍
に生じる原料種の淀み層２０の厚さと気相中の原料種ｓ
の平均自由行程との比を第１の値に設定して前記選択成
長マスクＭ₁₁〜Ｍ₂₄に覆われない領域に前記第１の化合
物半導体層を成長する工程と、前記比を第２の値に変え
て第２の化合物半導体層を前記第１の化合物半導体層の
上に選択成長する工程とを有することを特徴とする化合
物半導体装置の製造方法によって解決する。

【００１８】上記した課題は、図９(a),(b) に示すよう
に、幅の狭い第１の領域８ａと幅の広い第２の領域８ｂ
からなる開口部８を有している選択成長マスク９を化合
物半導体基板１の上に形成する工程と、前記化合物半導
体基板１及び前記選択成長マスク９を結晶成長雰囲気に
置く工程と、前記結晶成長雰囲気内に原料種を含むガス
を導入し、該原料種の平均自由行程を第１の長さにし
て、前記化合物半導体基板１の前記選択成長マスク９に
覆われない領域に第１の化合物半導体層３，４，５を成
長する工程と、原料種を含むガスを導入し続けながら或
いは前記ガスの一部の供給を停止してその間に前記平均
自由行程を第２の長さに変えることにより、前記第１の
化合物半導体層３，４，５とは膜厚分布が異なる第２の
化合物半導体層６を前記第１の化合物半導体層３，４，
５の上に成長する工程とを有することを特徴とする化合
物半導体装置の製造方法によって解決する。

【００１９】この化合物半導体装置の製造方法におい
て、前記結晶成長雰囲気の圧力を変えることによって、
前記原料種の前記平均自由行程が第１の長さから第２の
長さに変化することを特徴とする。また、その化合物半
導体装置の製造方法において、前記結晶成長雰囲気の圧
力を低く変化させて前記平均自由行程の第２の長さを第
１の長さよりも長くすることにより、前記第２の化合物
半導体層６の膜厚分布の高低差を前記第１の化合物半導
体層３，４，５の膜厚分布の高低差よりも小さくするこ
とを特徴とする。

【００２０】また、その化合物半導体装置の製造方法に
おいて、前記ガスに含有されるキャリアガスの種類を変
えることによって前記原料種の平均自由行程が第１の長
さから第２の長さに変化することを特徴とする。前記キ
ャリアガスは、水素、窒素、アルゴンのいずれかである
ことを特徴とする。また、その化合物半導体装置の製造
方法において、前記選択成長マスク９の開口部８の前記
第１の領域８ａと前記第２の領域８ｂは繋がって形成さ
れ、前記第１の領域８ａは発光素子の形成領域１０ａで
あり、前記第２の領域８ｂは導波路の形成領域１０ｂで
あり、前記原料種の前記平均自由行程の前記第１の長さ
を前記第２の長さよりも短くして、前記第１の長さの前
記平均自由行程の前記結晶雰囲気下で、前記発光素子の
活性層４と前記導波路のコア層４をそれぞれ同時に形成
し、前記第２の長さの前記平均自由行程の前記結晶雰囲
気下で、前記発光素子及び前記導波路のクラッド層６を
前記活性層４及び前記コア層４の上方に形成することを
特徴とする。この場合、前記第１の長さの前記平均自由
行程の前記結晶雰囲気は５０Torr以上で、前記第２の長
さの前記平均自由行程の前記結晶雰囲気は１０Torr以下
であることを特徴とする。

【００２１】また、その化合物半導体装置の製造方法に
おいて、前記第１の化合物半導体層３，４，５と前記第
２の化合物半導体層６は異種のIII-Ｖ族化合物半導体で
あることを特徴とする。上記した課題は、図３、図９
(a),(b) に示すように、幅の狭い第１の領域８ａと幅の
広い第２の領域８ｂからなる開口部８を有している選択
成長マスク９を化合物半導体基板１の上に形成する工程
と、前記化合物半導体基板１及び前記選択成長マスク９
を結晶成長雰囲気に置く工程と、前記結晶成長雰囲気に
原料種を含むガスを導入し、前記化合物半導体基板１の
表面近傍の前記原料種の淀み層２０を第１の厚さにし
て、前記化合物半導体基板１の前記選択成長マスク９に
覆われない領域に第１の化合物半導体層３，４，５を成
長する工程と、前記ガスを導入し続けながら或いは前記
ガスの一部の供給を停止してその間に前記化合物半導体
基板１の表面近傍の前記淀み層２０を第２の厚さに変え
ることにより、前記第１の化合物半導体層３，４，５と
は膜厚分布が異なる第２の化合物半導体層６を前記第１
の化合物半導体層３，４，５の上に成長する工程とを有
することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法によ
って解決する。

【００２２】その化合物半導体装置の製造方法におい
て、前記ガスの総流量を変えることによって、前記原料
種の前記淀み層２０を前記第１の厚さから前記第２の厚
さに変化させることを特徴とする。その化合物半導体装
置の製造方法において、前記ガスの総流量を増やして前
記淀み層２０の前記第２の厚さを前記第１の厚さよりも
薄くすることにより、前記第２の化合物半導体層６の膜
厚分布の高低差を前記第１の化合物半導体層の膜厚分布
の高低差よりも小さくすることを特徴とする。

【００２３】その化合物半導体装置の製造方法におい
て、前記選択成長マスク９の開口部８の前記第１の領域
８ａと前記第２の領域８ｂは繋がって形成され、前記第
１の領域８ａは発光素子の形成領域１０ａであり、前記
第１の領域８ｂは導波路の形成領域１０ｂであり、前記
淀み層２０の前記第２の厚さを前記第１の厚さよりも薄
くして、前記第１の厚さの前記淀み層２０を有する前記
結晶雰囲気下で、前記発光素子の活性層４と前記導波路
のコア層４をそれぞれ同時に形成し、前記第２の厚さの
前記淀み層２０を有する前記結晶雰囲気下で、前記発光
素子及び前記導波路のクラッド層６を前記活性層４及び
前記コア層４の上に形成することを特徴とする。

【００２４】その化合物半導体装置の製造方法におい
て、前記第１の化合物半導体層と前記第２の化合物半導
体層はIII・Ｖ族化合物半導体であることを特徴とす
る。上記した課題は、図３、図９(a),(b) に例示するよ
うに、幅の狭い第１の領域８ａと幅の広い第２の領域８
ｂからなる開口部８を有している選択成長マスク９を化
合物半導体基板１の上に形成する工程と、前記化合物半
導体基板１及び前記選択成長マスク９を結晶成長雰囲気
に置く工程と、前記結晶成長雰囲気に原料種を含むガス
を導入して、前記化合物半導体基板１の表面近傍の前記
原料種の淀み層２０を第１の厚さにし且つ前記原料種の
平均自由行程を第１の長さにすることにより、前記選択
成長マスク９に覆われない前記化合物半導体基板１の領
域に第１の化合物半導体層３，４，５を成長する工程
と、前記ガスを導入し続けながら或いは前記ガスの一部
の供給を停止してその間に前記化合物半導体基板１の表
面近傍の前記淀み層２０を第２の厚さにし且つ前記平均
自由行程を第２の長さに設定することにより、前記第１
の化合物半導体層３，４，５とは膜厚分布が異なる第２
の化合物半導体層６を前記第１の化合物半導体層３，
４，５の上に成長する工程とを有することを特徴とする
化合物半導体装置の製造方法によって解決する。

【００２５】上記した課題は、図９(a),(b) 、図１６、
図１７に例示するように、幅の狭い第１の領域８ａと幅
の広い第２の領域８ｂからなる開口部８を有している選
択成長マスク９を化合物半導体基板１の上に形成する工
程と、前記化合物半導体基板１及び前記選択成長マスク
９を結晶成長雰囲気に置く工程と、２種類以上の原料種
を含む第１のガスと不純物を含む第２のガスとを前記結
晶成長雰囲気内に導入し、前記化合物半導体基板１の前
記選択成長マスク９に覆われない領域に第１の化合物半
導体層２又は６を成長する工程と、前記第１の化合物半
導体層２又は６の成長中に或いは前記第１のガスの一部
の供給を一時的に停止している間に前記結晶成長雰囲気
の圧力と前記第２のガスの供給量を変化させ、前記第１
の化合物半導体層２又は６の上に同じ化合物半導体層を
成長する工程とを有することを特徴とする化合物半導体
装置の製造方法により解決する。

【００２６】前記ｐ型不純物は亜鉛又はカドミウムであ
ることを特徴とする。または、前記ｎ型不純物はシリコ
ン、イオウ又はセレンであることを特徴とする。その化
合物半導体装置の製造方法において、前記第２のガス
は、前記第１の化合物半導体層２又は６をｎ型にするｎ
型不純物を含むガスであって、前記成長圧力を第１の値
Ｐ₁ から第２の値Ｐ₂ に増加させる場合には前記第２の
ガスの供給量を減らし、又は前記成長圧力を該第２の値
Ｐ₂ から該第１の値Ｐ₁ に減少させる場合には前記第２
のガスの供給量を増やすことを特徴とする。

【００２７】この場合、前記第２のガスの供給量が一定
の場合に前記ｎ型不純物のドーズ量が前記成長圧力の２
乗に比例して変化する範囲と前記成長圧力に比例して変
化する範囲とがあり、それらの範囲の境界の成長圧力を
第３の値Ｐ₃ として、該第３の値Ｐ₃ が、前記第１の値
Ｐ₁ よりも大きく且つ前記第２の値Ｐ₂ と等しいかそれ
よりも大きい場合には、（Ｐ₁ ／Ｐ₂ ）² 倍の量で前記
第２のガスの供給量を減らし又は増やし、また、該第３
の値Ｐ₃ が、前記第１の値Ｐ₁ と等しいかそれよりも大
きく且つ前記第２の値Ｐ₂ と等しいかそれよりも小さい
場合には、（Ｐ ₁ ／Ｐ₃ ）² （Ｐ₃ ／Ｐ₂ ）倍の量で前
記第２のガスの供給量を減らし又は増やし、また、該第
３の値Ｐ₃ が、前記第１の値Ｐ₁ と等しいかそれよりも
小さく且つ前記第２の値Ｐ₂ よりも小さい場合には、
（Ｐ₁ ／Ｐ₂ ）倍の量で前記第２のガスの供給量を減ら
し又は増やすことを特徴とする。

【００２８】その化合物半導体装置の製造方法におい
て、前記第２のガスは、前記第１の化合物半導体をｐ型
にするｐ型不純物を含むガスであって、前記成長圧力を
第１の値Ｐ₁ から第２の値Ｐ₂ に増加させる場合には前
記第２のガスの供給量を減らし、又は前記成長圧力を該
第２の値Ｐ₂ から該第１の値Ｐ₁ に減少させる場合には
前記第２のガスの供給量を増やすことを特徴とする。

【００２９】この場合、（Ｐ₂ ／Ｐ₁ ）^1/2 倍の量で前
記第２のガスの供給量を減らし又は増やすことを特徴と
する。 （作 用）次に、本発明の作用について説明する。本発
明にかかる化合物半導体装置の製造方法にしたがえば、
成長基板の表面の一部に選択成長マスクを形成し、選択
成長マスクが形成されていない領域に気相成長法によっ
て化合物半導体層を成長して、選択成長マスクから近い
領域と選択成長マスクから遠い領域の化合物半導体層の
成長速度又は組成を異ならせて、１つの基板の表面に異
なる半導体装置を同時に形成する化合物半導体装置の製
造方法において、選択成長しようとする化合物半導体層
に応じて、基板上に生じる原料種の淀み層（stagnant l
ayer) の厚さと気相中の原料種の平均自由行程との比を
変化させる工程を採用した。

【００３０】この場合、原料種の淀み層の厚さと気相成
長中の気相中の平均自由行程との比を変化させる手段と
して、成長する化合物半導体層に応じて、成長圧力又は
キャリアガス種、或いは総ガス流量を調整させる方法が
ある。淀み層の厚さが薄くなるほど化合物半導体層の選
択成長比は小さくなり、また、平均自由行程が長くなる
ほど化合物半導体層の選択成長比は小さくなる。

【００３１】淀み層の厚さは、ガス総流量を増やすほど
薄くなり、また、平均自由行程は成長雰囲気の圧力を小
さくするほど長くなる。選択成長マスクの遠方領域の化
合物半導体層の成長速度（ｔ₂ ）に対する選択成長マス
クの近傍領域の化合物半導体層の成長速度（ｔ₁ ）の比
（ｔ₁ ／ｔ₂ ）を小さくする場合には成長雰囲気圧力を
１０Torr以下とし、その成長速度の比（ｔ₁ ／ｔ₂ ）を
大きくする場合の成長雰囲気圧力を５０Torr以上にする
ことが好ましい。ただし、成長速度比（ｔ₁ ／ｔ₂ ）＞
１である。

【００３２】その成長速度の比は小さいほど化合物半導
体層が平坦化が図れる一方、大きいほど化合物半導体層
の凹凸が大きくなる。また、他の本発明に従えば、ｎ型
不純物又はｐ型不純物が導入される化合物半導体層の成
長中に成長圧力を変化させる場合には、ｎ型不純物又は
ｐ型の不純物を含むガスの供給量も同時に変化させるよ
うにしている。これによれば、成長圧力の変化によって
化合物半導体層内の不純物のドーズ量を全域で一定にな
るように調整することができる。

【００３３】化合物半導体層の成長中に成長圧力を増や
すと、ｎ型不純物又はｐ型不純物のドーズ量も多くなる
ことが本発明者等の実験により確かめられている。その
成長圧力を減らすと、その反対にドーズ量も少なくな
る。ｎ型不純物導入用のガスの供給量が一定の場合に、
化合物半導体層内のｎ型不純物のドーズ量が成長圧力の
２乗に比例して変化する範囲と成長圧力に比例して変化
する範囲とに分けられることが実験により確かめられ
た。

【００３４】そこで、それらの範囲の境界の成長圧力を
第３の値Ｐ₃ とし、ｎ型不純物をドープする場合に成長
圧力をＰ₁ からＰ₂ に変化させるとすると、次式のよう
な関係が成立する。ただし、Ａ₁ は成長圧力Ｐ₁ の時の
ｎ型不純物含有ガス供給量、Ａ₂ は成長圧力Ｐ₂ の時の
ｎ型不純物含有ガス供給量を示す。 Ａ₂ ／Ａ₁ ＝（Ｐ₁ ／Ｐ₂ ）² （但しＰ₁ ＜Ｐ₂ ≦Ｐ₃ ） Ａ₂ ／Ａ₁ ＝（Ｐ₁ ／Ｐ₃ ）² （Ｐ₃ ／Ｐ₂ ） （但しＰ₁ ≦Ｐ₃ ≦Ｐ₂ ） Ａ₂ ／Ａ₁ ＝Ｐ₁ ／Ｐ₂ （但しＰ₃ ≦Ｐ₁ ＜Ｐ₂ ） 一方、ｐ型不純物を導入する場合には、ｐ型不純物導入
用のガスの供給量を一定にすると、化合物半導体内のｐ
型不純物のドーズ量が成長圧力の１／２乗に比例する関
係がある。そして、ｐ型不純物をドープする場合に成長
圧力をＰ₂ からＰ₁ に変化させるとすると、次の関係が
成立する。ただし、Ｂ₂ は成長圧力Ｐ₂の時のｐ型不純
物含有ガス供給量、Ｂ₁ は成長圧力Ｐ₁ の時のｐ型不純
物含有ガス供給量を示す。

【００３５】Ｂ₁ ／Ｂ₂ ＝（Ｐ₂ ／Ｐ₁ ）^1/2 以上の関係からｐ型不純物及びｎ型不純物のドーズ量の
調整を精度良く行うことができる。なお、一つの化合物
半導体層内でのドーズ量の変化は、不純物拡散により生
じるｐｎ接合部の位置を変えたり、エネルギーバンド構
造を変えたり、抵抗分布を変えることになり、化合物半
導体装置の特性を劣化させる原因になる。

【００３６】

【発明の実施の形態】そこで、以下に本発明の実施例を
図面に基づいて説明する。 （第１実施形態）原料ガス及びキャリアガスを減圧雰囲
気中に流すことにより、化合物半導体層を化合物半導体
基板の表面に成長しようとする場合に、図３に示すよう
に、原料種ｓを含むガスは化合物半導体基板の表面に近
くなるほど流速が遅くなってガスの淀み層２０を形成す
る。原料種ｓとは、化合物半導体を構成する元素又はそ
の化合物のことである。淀み層２０の厚さを、以下にＬ
^s で示す。

【００３７】また、選択成長マスクＭ₁₁〜Ｍ₂₄の表面に
供給された原料種ｓは、その表面の原子とは結合せずに
再び淀み層２０に戻って化合物半導体基板表面に供給さ
れることになる。そして、減圧雰囲気中の原料ガスの平
均自由行程が大きいほど、図１の選択成長マスクＭ₁₁〜
Ｍ₂₄表面に供給された原料種が淀み層２０から外に脱出
し易くなるので、選択成長マスクＭ₁₁〜Ｍ₂₄の表面に供
給された原料種ｓは化合物半導体基板表面に戻りにくく
なる。この結果、選択成長マスクＭ₁₁〜Ｍ₂₄に近い領域
の化合物半導体の成長速度は増加し難くなる。

【００３８】また、淀み層２０が薄くなるほど、選択成
長マスクＭ₁₁〜Ｍ₂₄表面に供給された原料種ｓが淀み層
２０の外に脱出し易くなるので、選択成長マスクＭ₁₁〜
Ｍ₂₄に近い領域での化合物半導体の成長速度が増加し難
くなる。したがって、図１に示す選択成長マスクＭ₁₁〜
Ｍ₂₄を使用して化合物半導体の膜厚の不均一性を小さく
するためには、平均自由行程を大きくしたり、或いは淀
み層２０を薄くすればよい。

【００３９】これとは逆に、選択成長マスクＭ₁₁〜Ｍ₂₄
から近い領域の化合物半導体の厚みと遠い領域の化合物
半導体の厚みとの差を大きくするためには、平均自由行
程を小さくしたり、淀み層を厚くすればよい。平均自由
行程Ｌ^f は、式（１）に示すように、減圧雰囲気の圧力
Ｐに反比例する。従って、減圧雰囲気の圧力が小さくな
るほど化合物半導体の選択成長比が小さくなる。選択成
長比は、選択成長マスクから遠い領域の化合物半導体の
厚み（ｔ₂ ）に対する近い領域の化合物半導体の厚み
（ｔ₁ ）の比（ｔ₁ ／ｔ₂ ）のことである。

【００４０】Ｌ^f ∝１／Ｐ ……（１） 淀み層２０の厚さは、図４に示す実験結果からガス総流
量に依存する。図４は、図１に示すストライプ部１３の
中心Ｏからｘ方向への距離と化合物半導体成長速度との
関係を示す特性図であって、反応室に供給するガスの総
流量Ｆをキャリアガスの流量調整によって変えた場合の
２つの特性曲線を示している。この実験では、５０Torr
の減圧雰囲気下で、InP 基板１１の上に化合物半導体と
してInP を成長した。InP を成長するために反応室内に
導入されるガス総流量Ｆは３slm と１２slm の２つとし
た。

【００４１】図４において、縦軸は、マスクを用いない
場合の結晶成長速度を基に規格化された成長速度を示
し、横軸は、図１の選択成長マスクＭ₁₁〜Ｍ₂₄に挟まれ
た幅６０μｍのストライプ部１３の中央Ｏから測った距
離を示す。この実験結果から、ガス総流量Ｆを大きくす
ることによって選択成長マスクに起因するストライプ部
１３での成長速度の上昇は抑制され、選択成長比は小さ
くなることがわかる。これは、ガス総流量を大きくする
ことによって淀み層２０が薄くなり、選択成長マスクＭ
₁₁〜Ｍ₂₄上に供給されたIII 族原料種が淀み層２０の外
に脱出し易くなるからである。

【００４２】淀み層２０の厚さＬ^s は、次式（２）に示
すように、ガス総流量の平方根の逆数に比例することが
知られているので、ガス総流量を単独で調整するだけで
は選択成長比を大きく変化することはできない。しか
し、ガス総流量と成長圧力を併せて調整することによっ
て選択成長比を大きく且つ精度良く変化させることが可
能になる。

【００４３】Ｌ^s ∝１／√Ｆ ……（２） InP 基板上でマスクを全く形成しない場合のInP 層の成
長速度Ｒ₀ とガス総流量Ｆの関係を調べたところ図５の
ような実験結果が得られた。この場合の結晶成長速度Ｒ
₀ は、次式（３）に示すように、淀み層の厚さＬ^s とガ
ス総流量Ｆの積の逆数に比例する。

【００４４】Ｒ₀ ∝１／ＦＬ^s ……（３） 淀み層の厚さＬ^s は、式（２）に示すように、ガス総流
量Ｆの平方根の逆数に比例し、その結果、次式（４）の
関係が得られる。^R ₀ ∝／√Ｆ ……（４） これにより、図４の縦軸は、実際の成長速度にガス総流
量Ｆの平方根をかけた値に対応する。図４及び図５によ
れば、ガス総流量を変えることによって選択成長マスク
から遠い領域でも結晶成長速度の変化は存在するが、選
択マスクから近い領域における結晶成長速度に比べて大
きく変化しないことが分かる。

【００４５】なお、平均自由行程を変える要素として
は、減圧雰囲気の圧力を変える他に、有機系ガスを導入
するために使用するキャリアガスの種類を変えることが
挙げられる。キャリアガスとしては水素の他に窒素、ア
ルゴンの使用が可能であり、例えば窒素は水素よりも平
均自由行程が短い。以上の実験結果から、選択成長マス
クを用いた選択成長比は、気相拡散によって基板上の結
晶成長領域にどれだけの量で供給されるかで決まり、そ
の供給量は、淀み層の厚さＬ^S に対する気相中原料種の
平均自由行程Ｌ^f の比（Ｌ^f ／Ｌ^{S ス}）の大きさに依存す
る。

【００４６】即ち、原料種の淀み層が厚く、気相中の原
料種の平均自由行程が短い場合には、選択成長マスク表
面から離脱した原料種は、淀み層内を上方に拡散する間
に他の原料種又はキャリアガス種（例えば水素）と多数
回衝突して淀み層の外まで昇華する確率が少なくなっ
て、選択成長マスクに近い結晶成長領域に原料種が多量
に供給されることになる。

【００４７】逆に、原料種の淀み層が薄く、気相中の原
料種の平均自由行程が長い場合には選択成長マスク表面
から離脱した原料種は、淀み層内を上方に拡散する間に
他の原料種又はキャリアガス種に衝突する確率が小さく
なって、淀み層の外に脱出する確率が高くなり、選択成
長マスクに近い結晶成長領域への原料種の供給量はそれ
ほど多くはならない。

【００４８】即ち、この淀み層の厚さと気相中の原料種
の平均自由行程の比を、結晶成長の最中に自由に制御で
きれば、基板上の複数の半導体装置の構成層の機能に応
じて選択成長比を制御できることになる。この選択成長
比を制御する方法は、上記したことから明らかなよう
に、淀み層の厚さを制御する方法と、平均自由行程を制
御する方法に大別される。

【００４９】流体力学に従えば、全ガス流量を増加する
ことにより淀み層は薄くなり、淀み層の厚さと気相中の
原料種の比は小さくなる。一方、平均自由行程を制御す
る方法としては、全ガス流量を固定して気相成長装置の
成長室内の圧力を制御する方法がある。平均自由行程
は、気相成長装置内の圧力の逆数に比例するために、そ
の圧力を減少することによって淀み層の厚さと気相中の
原料種の平均自由行程の比Ｌ^f ／Ｌ^S を大きくできる。
その比Ｌ^f ／Ｌ^S を大きくすると選択成長比が小さくな
って化合物半導体層の膜厚の均一性が向上する。

【００５０】発明者らは、選択成長マスクを用いる結晶
成長の選択成長比が気相成長装置内の圧力の増加に対し
て単純に増加することを見いだした。図６は、成長圧力
を変えた場合の選択成長マスクのストライプ部の中央Ｏ
からの長手方向の距離と結晶成長速度の関係を示す図で
ある。図６は、図１における選択成長マスクＭ₁₂、
Ｍ₁₃、Ｍ₂₂、Ｍ₂₃の幅Ｗを２４０μｍ、長さＬを６００
μｍ、ストライプ部１３の幅Ｗ₁ を６０μｍ、選択成長
マスクＭ₁₂、Ｍ₁₃、Ｍ₂₂、Ｍ₂₃相互の長手方向の間隔
（開放部１４の長さ）Ｌ₁ を１２００μｍとし、また、
InP 基板の（００１）面上にInP 結晶層を成長圧力を１
００Torrと１０Torrと２回変えて成長した場合のストラ
イプの長手方向の成長速度を示している。

【００５１】この図６から、１００Torrで成長した場合
の方が、１０Torrで成長した場合よりも選択成長比が大
きいことがわかる。図７には、図１のストライプ部１３
の幅を変えた場合の成長圧力とストライプ部中央Ｏでの
成長速度との関係、即ち、選択成長比の成長圧力依存性
の結果を示している。

【００５２】図７によれば、ストライプ部１３の幅を狭
くすることによって、選択成長比は増加するが、ストラ
イプ部の幅Ｗ₁ にかかわらずに成長圧力が高くになるに
つれて選択成長比が大きくなる傾向にあり、幅Ｗ₁ が２
０μｍの場合には約２００Torrでその値は飽和する。ま
た、幅Ｗ₁ が狭いほど飽和する圧力は大きくなる。この
図に示された結果及び他の実験の結果から、成長圧力が
約３Torr以下の場合に、ストライプ部の幅の相違による
成長速度比が消失して選択成長比が１になることがわか
る。

【００５３】さらに、ストライプ部の幅を変化させて成
長圧力を制御することにより、選択成長比を１から約６
の範囲内で自由に制御できることがわかった。したがっ
て、選択成長比を大きく設定した層を５０Torr以上の圧
力で結晶成長し、選択成長比を小さく設定した層を１０
Torr以下程度の減圧下で結晶成長すればよい。

【００５４】成長圧力の変更やガス総流量の変更は、ガ
スの導入を続けながら行ってもよいし、一部のガスの供
給を停止して行ってもよい（以下の実施形態でも同
様）。化合物半導体発光装置と化合物半導体導波路をモ
ノリシックに集積化したビーム径変換導波路付き化合物
半導体発光装置を形成する場合に、活性層の光閉じ込め
部分を２００Torr程度の成長圧力で結晶成長し、クラッ
ド層を１０Torr程度の減圧下で結晶成長すると、１回の
連続した結晶成長によって活性層の膜厚を変化させ、ク
ラッド層の膜厚をほとんど変化させないようにすること
ができる。

【００５５】なお、上記したストライプ部１３は選択成
長マスクの幅の狭い開口部であり、開放部１４は選択成
長マスクの幅の広い開口部と見ることもできる。以下、
結晶成長の例を具体的に説明する。第１例 図８は、第１例の製造方法によって製造したビーム変換
導波路付き化合物半導体発光装置の層構造の模式的な断
面図である。

【００５６】図８において、１はInP 基板、２はInP 基
板１上に形成されたInP バッファ層（又は下側クラッド
層）、３はバッファ層２上に形成されたInGaAsP 第一の
ガイド層、４はガイド層３上に形成されたInGaAsとInGa
AsP からなる多重量子井戸活性層、５は多重量子井戸活
性層４上に形成されたInGaAsP 第二のガイド層、６は第
二のガイド層５上に形成されたInP クラッド層、７はク
ラッド層６上に形成されたInGaAsP コンタクト層であ
る。

【００５７】この例においては、本発明によって、半導
体レーザと半導体導波路をモノリシックに集積化したビ
ーム変換回路付き化合物半導体発光装置を製造する場合
を例にとって説明する。まず、図９(a) に示すように、
InP 基板１の（００１）面上にSiO₂膜を形成しこれをパ
ターニングしてストライプ領域８ａと四角領域８ｂの開
口部８を形成し、このSiO₂膜を選択成長マスク９として
用いる。選択成長マスク９の材料としてはSiO₂の他にSi
₃N₄ などがある。四角領域８ｂはストライプ領域８ａよ
りも幅が広くなっている。

【００５８】選択成長マスク９は、膜厚５０nm程度のSi
O₂膜を化学的堆積法（ＣＶＤ）によって成長し、フォト
リソグラフィー技術によって図９(a) のような形状にな
るようにパターニングし、開口部８のストライプ領域８
ａの幅を例えば２０μｍに形成する。選択成長マスクの
表面状態は、選択成長に大きく影響するために、特に、
フォトリソグラフィー技術に用いるレジストに含まれる
有機物の痕跡が残る可能性があるので、H₂SO₄ 液又はH₂
SO₄ ＋H₂O₂＋H₂O の混合液などでInP 基板表面を洗浄し
た後に結晶を成長するのが望ましい。

【００５９】ついで、図９(b) に示すように、InP 基板
１上に、InP バッファ層２、InGaAsP ガイド層３を有機
金属気相成長法によって成長し、その上にInGaAsP 障壁
層とInGaAs量子井戸層を有する多重量子井戸活性層４を
同じく有機金属気相成長法によって成長する。さらに、
多重量子井戸活性層４の上にInGaAsP ガイド層５、InP
クラッド層６、InGaAsP コンタクト層７を有機金属気相
成長法により成長する。

【００６０】半導体レーザにおけるInP バッファ層２の
厚さは例えば０．３μｍ、InGaAsPガイド層３の厚さは
０．１μｍ、多重量子井戸活性層４の厚さは０．０５μ
ｍ、InGaAsP ガイド層５の厚さは０．１μｍ、InP クラ
ッド層６の厚さは２μｍ、InGaAsP コンタクト層７の厚
さは０．３μｍである。また、InP 基板１をｎ型にした
場合には、InP バッファ層２、InGaAsP 第一のガイド層
３にSiなどのｎ型ドーピングを行い、InGaAsP 第二のガ
イド層５とInPクラッド層６、InGaAsP コンタクト層７
にZnなどのｐ型ドーピングを行う。 また、Inの原料と
してトリメチルインジウム、Gaの原料としてトリエチル
ガリウム、Ｐの原料としてフォスフィン、Asの原料とし
てアルシン、Siの原料としてシラン、Znの原料としてジ
メチルジンクを用い、そのうちの有機系ガスの導入のた
めに水素ガスをキャリアガスとして用いる。それらのガ
スは、成膜室内で切換可能になっている。

【００６１】また、成長温度を６２０℃とし、成長速度
を１μｍ／hourとし、InP 成長時のＶ／III 比を１０
０、InGaAs領域に対するＶ／III 比を２０にすることが
典型的な成長条件である。なお、Ｖ／III 比は、原料ガ
スにおけるIII 族元素に対するＶ族元素のmol 比を意味
する。InGaAsP 第一のガイド層３、多重量子井戸活性層
４、InGaAsP 第二のガイド層５のみに大きな選択成長比
をもたせるために、InP バッファ層２、InP クラッド層
６、InGaAsP コンタクト層７を１０Torrの雰囲気下で結
晶成長し、また、InGaAsP 第一のガイド層３、多重量子
井戸活性層４及びInGaAsP 第二のガイド層５を１８０To
rrの雰囲気下で結晶成長する。この成長による層構造は
図１０のようになり、InGaAsP 第一のガイド層３、多重
量子井戸活性層４、InGaAsP 第二のガイド層５の膜厚は
半導体レーザ領域１０ａでは厚く、導波路領域１０ｂで
は徐々に薄くなっている。導波路領域１０ｂでのガイド
層３，５及び多重量子井戸活性層４はコア層と呼ばれ
る。

【００６２】図７の実験結果からも明らかなように、In
P バッファ層２、InP クラッド層６、InGaAsP コンタク
ト層７のそれぞれの選択成長比は約「２」となり、InGa
AsP第一のガイド層３、多重量子井戸活性層４及びInGaA
sP 第二のガイド層５の選択成長比は約「６」となる。
選択成長比が「６」であれば、導波路構造の機能を満足
するためには十分な値であり、一方、選択成長比を
「２」としてクラッド層６を成長することは装置の特性
を低下することはなく、しかも半導体装置を加工する際
にさほど支障にならない値である。

【００６３】結晶成長後に選択成長マスク９をフッ酸で
除去し、ビーム変換導波路付き化合物半導体発光装置の
利得領域（レーザ領域）と導波路領域を幅数μｍのスト
ライプマスク（不図示）で覆い、その両側部をエッチン
グにより除去することによって、例えば図１１に示すよ
うなビーム変換導波路が付いたリッジ型半導体レーザの
化合物半導体ストライプ層が完成する。

【００６４】このような化合物半導体ストライプ層の両
側には、ｐｎｐ接合又はｎｐｎ接合を有するInP 埋め込
み層２１が形成される。さらに、導波路領域１０ｂの光
出力端近傍のコンタクト層７を除去した後に、利得領域
１０ａのコンタクト層７及び導波路領域１０ｂのコンタ
クト層７は絶縁膜２２によって覆われる。その絶縁膜２
２のうち化合物半導体ストライプ層の上方には開口部２
２ａが形成される。その開口部２２ａを通してコンタク
ト層７には第１の電極２３が接続される。また、InP 基
板１の下面には第２の電極２４が接続される。

【００６５】第２例 先に述べた、第１例の選択成長においては、成長雰囲気
を１０Torr、選択成長比を２程度に設定してInP バッフ
ァ層２、InP クラッド層６、InGaAsP コンタクト層７を
選択成長し、また、成長雰囲気を１８０Torr、選択成長
比を「６」程度に設定してInGaAsP 第一のガイド層３、
多重量子井戸活性層４及びInGaAsP 第二のガイド層５を
選択成長し、これにより、化合物半導体発光装置と化合
物半導体導波路にそれぞれ最適の厚さの半導体層を形成
する例を説明した。

【００６６】さらに、本発明者らは、第１例に関する実
験を参考にして成長圧力を低くしたところ、選択成長さ
れた化合物半導体結晶表面の凹凸が減少して平坦性が向
上する性質があることを発見した。図１２は、選択成長
された化合物半導体結晶の表面の凹凸と成長雰囲気圧力
の関係を示す。

【００６７】図１２の横軸は成長雰囲気圧力、縦軸は規
格化したスパイク高さを示す。この図は、InP 基板の上
に図１に示す選択成長マスクを使用してストライプ部１
３の幅Ｗ₁ を２０μｍにし、成長雰囲気圧力を変えてIn
P 基板１１上にInP 層を選択成長した場合の規格化スパ
イク高さＳを示している。規格化スパイク高さＳは、ス
トライプ部１３で成長した結晶のうち、ストライプ部１
３の両側寄り領域での結晶の最大の厚さ（ｈ₁ ）とスト
ライプ部１３の中央の結晶の厚さ（ｈ）の差（Δｈ＝ｈ
₁ −ｈ）を、ストライプ部の中央の結晶の厚さで除した
値（Δｈ／ｈ）で示される。

【００６８】図１２によると、成長雰囲気圧力を１００
Torr以上にすると、規格化スパイク高さＳは０．３（３
０％）を越えるので、ストライプ部１３内に形成された
結晶層をフォトリソグラフィー技術でパターニングする
際に不都合がある。その不都合として、例えば、その結
晶層の凹凸が大きくてレジストの露光焦点を合わせるの
が難しくなってレジストのパターン精度が低下すること
が挙げられる。

【００６９】しかし、成長雰囲気の圧力を１０Torr以下
にすると、規格化スパイク高さＳは０．０３（３％）程
度に抑えられるので、ストライプ部１３内に形成された
結晶層表面の平坦性が良くなる。図１２は、ストライプ
部の幅を２０μｍにした場合の実験結果であるが、その
幅を２０〜６０μｍとしても同様なことがいえる。

【００７０】以上説明したように、本発明の化合物半導
体装置の製造方法によると、選択成長マスクを用いる結
晶の選択成長における選択比を成長中に制御できるの
で、１つの化合物半導体基板の上に膜厚の異なる複数の
半導体装置を同時に形成でき、装置設計のマージンが高
くなる。しかも、この製造方法は、モノリシックな化合
物半導体光装置の特性や歩留りの向上に寄与するところ
が大きい。 （第２実施形態）上記した光半導体装置の製造方法にお
いては、化合物半導体成長時の成長圧力を変えることに
よって結晶の選択成長比を調整するようにしている。例
えばクラッド層２、６を１０Torrの低い成長圧力で形成
し、活性層４及びガイド層３、５を１８０Torrの高い成
長圧力で形成している。その成長圧力の変更は、図１３
に示すように、ガイド層３，５の成長とクラッド層２，
６の成長との間ではなく、クラッド層２，６の結晶成長
中に行われる。これは異種の化合物半導体層の界面状態
を良好にするためである。

【００７１】一方、クラッド層２，６を構成する化合物
半導体の成長の際には化合物半導体結晶中にｐ型不純物
又はｎ型不純物をドープするが、結晶成長中に圧力を変
化させると、圧力の変化によってドーパントの導入量も
変化するという現象が生じることが本発明者等の実験に
より明らかになった。次に、その実験結果について説明
する。なお、この実験ではｎ型不純物の供給源としてモ
ノシラン（SiH₄）ガスを用い、ｐ型不純物の供給源とし
てジメチル亜鉛（ＤＭZn）を用いた。

【００７２】図１４(a) は、下側のInP クラッド層２の
成長中のSiH₄供給量の経時変化と成長圧力の経時変化を
示す図であって、InP クラッド層２の成長中にSiH₄ガス
の供給量を一定に保持するとともに、InP クラッド層２
の成長中の成長圧力を時間Δｔ内でＰ₁ からＰ₂ （Ｐ₂
＞Ｐ₁ ）に増加させたことを示している。図１４(b)
は、下側のInP クラッド層２内の電子密度を、InP クラ
ッド層２の成長時間経過に対応させて示したものであ
る。これによれば、成長圧力を変えることにより、電子
密度がｎ₁ からｎ₂ （ｎ₂ ＞ｎ₁ ）に増加していること
がわかった。ただし、ｎ₁ は設計値を示している。電子
密度が増加することはシリコン含有量が増えることを意
味する。

【００７３】図１５(a) は、上側のInP クラッド層６の
成長中のＤＭZn供給量の経時変化と成長圧力の経時変化
を示す図であって、InP クラッド層６の成長中にＤＭZn
ガスの供給量を一定に保持するとともに、InP クラッド
層６の成長中の成長圧力を時間Δｔ内でＰ₂ からＰ₁ に
減少させたことを示している。図１５(b) は、上側のIn
P クラッド層６内の正孔密度を、InP クラッド層６の成
長時間経過に対応させて示したものである。これによれ
ば、成長圧力を変えることより、正孔密度がｐ₂ からｐ
₁ （ｐ₂ ＞ｐ₁ ）に減少していることがわかった。ただ
し、ｐ₂ は設計値を示している。正孔密度が減少するこ
とは亜鉛含有量が減ることを意味する。

【００７４】これらの実験においては、図１３に示すよ
うに、下側のInP クラッド層２成長中に成長圧力を増加
させる一方、上側のクラッド層６成長中には成長圧力を
減少させている。図１４、図１５のようにクラッド層
２、６で膜厚方向のキャリア密度分布（不純物濃度分
布）が不均一になると、半導体層内のｐｎ接合部が不純
物拡散によって好ましくない位置に移動したり、エネル
ギーバンド構造が設計通りにならなかったり、半導体レ
ーザ内の電気抵抗分布が変わったりする原因になり、光
半導体装置の特性が設計通りにならなくなる。

【００７５】そこで、そのような不都合を回避するため
に、本発明者等は次のような方法を採用した。すなわ
ち、ｎ型のInP クラッド層２の成長途中では、図１６に
示すように、成長圧力をＰ₁ からＰ₂ に上昇させるとと
もに、その成長圧力を変化させる際にSiH₄ガスの供給量
（流量）をＡ₁ からＡ₂ （Ａ₂ ＜Ａ₁ ）に減少させる。
SiH₄供給量Ａ₁ は、設計値の電子密度ｎ₁ をクラッド層
に与えるための量である。

【００７６】そして、SiH₄供給量であるＡ₁ とＡ₂ をど
のような量で変化させるかを実験により確かめたとこ
ろ、図１８のような結果が得られた。即ち、SiH₄ガス供
給量を一定にして成長圧力を変えたところ、成長圧力が
特定の圧力Ｐ₃ に等しいかそれよりも小さくなると化合
物半導体内の電子濃度ｎが成長圧力Ｐの２乗に比例して
存在する一方で、さらに成長圧力が特定の圧力Ｐ₃ に等
しいかそれよりも大きくなると化合物半導体内の電子濃
度ｎが成長圧力Ｐに比例することを本発明者らが発見し
た。その特定の圧力Ｐ₃ は結晶成長装置によって異な
る。図１６では、圧力Ｐ₃ の大きさは５０Torrとなって
いる。

【００７７】したがって、クラッド層２内の電子密度ｎ
を均一に保持するためのSiH₄ガスの供給量Ａ₂ と供給量
Ａ₁ の比（Ａ₂ ／Ａ₁ ）は、次の３つ関係を有する。 Ｐ₁ ＜Ｐ₂ ≦Ｐ₃ の場合 Ａ₂ ／Ａ₁ ＝（Ｐ₁ ／Ｐ₂ ）² …… （11） Ｐ₁ ≦Ｐ₃ ≦Ｐ₂ の場合 Ａ₂ ／Ａ₁ ＝（Ｐ₁ ／Ｐ₃ ）² （Ｐ₃ ／Ｐ₂ ） …… （12） Ｐ₃ ≦Ｐ₁ ＜Ｐ₂ の場合 Ａ₂ ／Ａ₁ ＝Ｐ₁ ／Ｐ₂ …… （13） 一方、ｐ型のInP クラッド層６の成長の途中では、図１
７に示すように成長圧力をＰ₂ からＰ₁ に低下させると
ともに、その成長圧力を変化させる際にＤＭZnガスの供
給量（流量）をＢ₂ からＢ₁ （Ｂ₂ ＜Ｂ₁ ）に増加させ
る。ＤＭZn供給量Ｂ₂ は、設計値の正孔密度ｐ₂ をクラ
ッド層６に与えるための量である。

【００７８】そして、ＤＭZn供給量であるＢ₁ とＢ₂ を
どのような量で変化させるかを実験により確かめたとこ
ろ、図１９のような結果が得られた。即ち、ＤＭZnガス
供給量を一定にして成長圧力を変えたところ、化合物半
導体内の正孔濃度ｐは成長圧力Ｐの１／２乗に比例する
ことを発見した。従って、クラッド層６内の正孔密度ｐ
を均一に保持するためのＤＭZnガスの供給量Ｂ₁ と供給
量Ｂ₂ の比（Ｂ₁ ／Ｂ₂ ）は、次の関係にある。

【００７９】 Ｂ₁ ／Ｂ₂ ＝（Ｐ₂ ／Ｐ₁ ）^1/2 …… （14） 以上のようにキャリア密度とドーパント供給ガスと成長
圧力の関係を考慮して図９(a) で示した選択成長用マス
クを使用して化合物半導体層構造を以下の条件で形成し
た。その結晶成長の際には、図９(a) に示すように、ｎ
型InP 基板１の上に形成される選択成長用マスク９の２
つの矩形領域Ｍ₁₂，Ｍ₁₃の長さＬを６００μｍ、幅Ｗを
３００μｍとした。また、選択成長用マスク９の開口部
８のストライブ領域８ａの幅Ｗ₁ を４０μｍとした。

【００８０】また、ｎ型InP 基板１の上には、膜厚０．
５μｍのn 型 InPクラッド層２、膜厚０．１μｍのｎ型
In_x Ga_1-x As_y P_1-y（ｘ＝０．８５，ｙ＝０．３３）ガ
イド層３、膜厚０．１μｍのノンドープＭＱＷ活性層
４、膜厚０．１μｍのノンドープIn_x Ga_1-x As_y P_1-yガ
イド層５、膜厚０．５μｍのｐ型InP クラッド層６、膜
厚０．１μｍのｐ型InGaAsP コンタクト層７を有機金属
気相成長法により形成する。なお、各層２〜７の膜厚は
ストライプ領域８ａのものを示した。

【００８１】この場合、２つのガイド層３、５を構成す
るIn_x Ga_1-x As_y P_1-yの組成波長は１．１μｍである。
また、ＭＱＷ活性層４は、組成波長１．１μｍのInGaAs
P よりなる障壁層と、組成波長１．３μｍのIn_x'Ga_1-x'
As_y'P_1-y' ( ｘ’＝０．７２，ｙ’＝０．６１）よりな
る井戸層とを交互に複数形成した構造を有している。そ
の有機金属気相成長法では、インジウム（In）の原料と
してトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を使用し、ガリウ
ム（Ga）の原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧ）を
使用し、砒素（As）の原料としてアルシン（AsH₃）を使
用し、燐（P）の原料としてホスフィン（PH₃ ）を使用
した。

【００８２】また、成長時の基板温度は６００℃、総水
素流量は毎分６リットルである。InP クラッド層２、６
の成長時には、ＴＭＩ供給量を０．４ccm 、PH₃ の供給
量を４０ccm とし、ｎ型不純物としてSiH₄、ｐ型不純物
としてＤＭZnを用いた。そして、成長圧力及び不純物ガ
ス供給量を変化させてｎ型InP クラッド層２からｐ型In
P クラッド層６までを以下の例のように成長した。

【００８３】ただし、ｎ型InP クラッド層２のドーズ量
（電子密度）を５×１０¹⁷atoms/cm ³ にするためのSiH₄
供給量は、成長圧力１０Torrで０．０２ccm となり、ｐ
型InP クラッド層６のドーズ量（正孔密度）を５×１０
¹⁷atoms/cm³ にするためのＤＭZn供給量は、成長圧力１
５０Torrで０．００４ccm となることが予備実験により
確かめられた。また、以上の条件下で、上記した式（1
1）〜（13）での成長圧力Ｐ₃ は５０Torrであった。

【００８４】第１例 ｎ型InP クラッド層２の成長の際には、図１６に示すよ
うに成長圧力とSiH₄供給量を変化させた。ｎ型InP クラ
ッド層２の成長は、まず、成長圧力を１０Torr（Ｐ₁ ）
にして０．４μｍの厚さに成長し、ついで、成長圧力を
５０Torr（Ｐ₂ ）に上げてさらに膜厚０．１μｍを成長
した。そして、成長圧力が１０Torr（Ｐ₁ ）の時にSiH₄
の供給量Ａ₁ を０．０２ccm とし、また、成長圧力が５
０Torr（Ｐ₂ ）の時にSiH₄の供給量Ａ₂ を０．０００８
ccm とした。供給量Ａ₂ は上記した式からＡ₂ ＝（１
０／５０）² Ａ₁ ＝０．０００８となった。

【００８５】この後に、ガイド層３、５及びＭＱＷ活性
層４の成長を５０Torrで行い、それらの層の選択成長比
を大きくして活性領域１０ａと導波領域１０ｂの膜厚の
差を大きくした。 次に、ｐ型InP クラッド層６の成長
の際には、図１７に示すように成長圧力とＤＭZn供給量
を変化させた。ｐ型InP クラッド層６の成長は、まず、
成長圧力を５０Torr（Ｐ₂ ）に保持して０．１μｍの厚
さに成長し、ついで、成長圧力を１０Torr（Ｐ₁ ）に下
げてさらに膜厚０．４μｍを成長した。この場合、成長
圧力が５０Torr（Ｐ₂ ）の時にＤＭZnの供給量Ｂ₂ を
０．００６９ccm とし、また、成長圧力が１０Torr（Ｐ
₁）の時にＤＭZnの供給量Ｂ₁ を０．０１５５ccm とし
た。

【００８６】その供給量Ｂ₂ は上記した式（14）からＢ
₂ ＝（１５０／５０）^1/2 ×０．００４＝０．００６９
となり、また、供給量Ｂ₁ は上記した式（14）からＢ₁
＝（５０／１０）^1/2 Ｂ₂ ＝０．０１５５となる。な
お、成長圧力を変える時間は数分以下であり、その間は
ＴＭＩの供給を停止し、PH₃ だけを供給している。これ
は化合物半導体層からのＶ族原子の抜けを防止するため
である。このことは、以下の例でも同様である。このよ
うにｐ型クラッド層６を成長した後に、成長圧力を１０
Torrに保持してInGaAsP コンタクト層７を形成する。

【００８７】第２例 ｎ型InP クラッド層２の成長の際には、図１６に示すよ
うに成長圧力とSiH₄供給量を変化させた。ｎ型InP クラ
ッド層２の成長は、まず、成長圧力を１０Torr（Ｐ₁ ）
にして０．４μｍの厚さに成長し、ついで、成長圧力を
１５０Torr（Ｐ₂ ）に上げてさらに膜厚０．１μｍを成
長した。そして、成長圧力が１０Torr（Ｐ₁ ）の時にSi
H₄の供給量Ａ₁ を０．０２ccm とし、また、成長圧力が
１５０Torr（Ｐ₂ ）の時にSiH₄の供給量Ａ₂ を０．００
０２７ccm とした。供給量Ａ₂ は上記した式（12）から
Ａ₂ ＝（１０／５０）² （５０／１５０）Ａ₁ ＝０．０
００２７となった。

【００８８】この後に、ガイド層３、５及びＭＱＷ活性
層４の成長を１５０Torrで行い、それらの層の選択成長
比を大きくして活性領域１０ａと導波領域１０ｂの膜厚
の差を大きくした。次に、ｐ型InP クラッド層６の成長
の際には、図１７に示すように成長圧力とＤＭZn供給量
を変化させた。

【００８９】ｐ型InP クラッド層６の成長は、まず、成
長圧力を１５０Torr（Ｐ₂ ）に保持して０．１μｍの厚
さに成長し、ついで、成長圧力を１０Torr（Ｐ₁ ）に下
げてさらに膜厚０．４μｍを成長した。この場合、成長
圧力が１５０Torr（Ｐ₂ ）の時にＤＭZnの供給量Ｂ₂ を
０．００４ccm とし、また、成長圧力が１０Torr
（Ｐ ₁ ）の時にＤＭZnの供給量Ｂ₁ を０．０１５５ccm
とした。

【００９０】その供給量Ｂ₂ は上記した式（14）からＢ
₂ ＝（１５０／１５０）^1/2 ×０．００４＝０．００４
となり、また、供給量Ｂ₁ は上記した式（14）からＢ₁
＝（１５０／１０）^1/2 Ｂ₂ ＝０．０１５５となる。こ
のようにｐ型クラッド層６を成長した後に、成長圧力を
１０Torrに保持してInGaAsP コンタクト層７を形成す
る。

【００９１】第３例 ｎ型InP クラッド層２の成長の際には、図１６に示すよ
うに成長圧力とSiH₄供給量を変化させた。ｎ型InP クラ
ッド層２の成長は、まず、成長圧力を５０Torr（Ｐ₁ ）
にして０．４μｍの厚さに成長し、ついで、成長圧力を
１５０Torr（Ｐ₂ ）に上げてさらに膜厚０．１μｍを成
長した。そして、成長圧力が５０Torr（Ｐ₁ ）の時にSi
H₄の供給量Ａ₁ を０．０００８ccm とし、また、成長圧
力が１５０Torr（Ｐ₂ ）の時にSiH₄の供給量Ａ₂ を０．
０００２７ccm とした。

【００９２】供給量Ａ₁ は上記した式（12）からＡ₁ ＝
（１０／５０）² ×０．０２＝０．０００８となり、供
給量Ａ₂ は上記した式（13）からＡ₂ ＝（５０／１５
０）²Ａ₁ ＝０．０００２７となる。この後に、ガイド
層３、５及びＭＱＷ活性層４の成長を１５０Torrで行
い、それらの層の選択成長比を大きくして活性領域と導
波領域の膜厚の差を大きくした。

【００９３】次に、ｐ型InP クラッド層６の成長の際に
は、図１７に示すように成長圧力とＤＭZn供給量を変化
させた。ｐ型InP クラッド層６の成長は、まず、成長圧
力を１５０Torr（Ｐ₂ ）に保持して０．１μｍの厚さに
成長し、ついで、成長圧力を５０Torr（Ｐ₁ ）に下げて
さらに膜厚０．４μｍを成長した。この場合、成長圧力
が１５０Torr（Ｐ₂ ）の時にＤＭZnの供給量Ｂ₂ を０．
００４ccm とし、また、成長圧力が５０Torr（Ｐ ₁ ）の
時にＤＭZnの供給量Ｂ₁ を０．００６９ccm とした。

【００９４】その供給量Ｂ₁ は上記した式（14）からＢ
₁ ＝（１５０／５０）^1/2 Ｂ₂ ＝０．００６９となる。
このようにｐ型クラッド層６を成長した後に、成長圧力
を５０Torrに保持してInGaAsP コンタクト層７を形成す
る。以上の３つの例について、ｎ型InP クラッド層２中
のシリコン濃度とｐ型InPクラッド層６中の亜鉛濃度を
ＳＩＭＳ分析したところ、図２０、図２１のような結果
が得られ、第１例〜第３例のいずれの場合も、厚さ０．
５μｍのクラッド層２，６の厚さ方向のほぼ全域で５×
１０^{1 7} atoms/cm³ の亜鉛及びシリコン濃度が得られ
た。この結果は、成長圧力を変えてもInP クラッド層
２，６のキャリア密度を均一に調整できることを示して
いる。これにより、光半導体装置を構成する化合物半導
体層のｐｎ接合部の位置やエネルギーバンド構造及び電
気抵抗分布が設計通りになる。

【００９５】ところで、図２０、図２１の一方の面にお
いてキャリア密度が低下しているのは、ｎ型不純物とｐ
型不純物がそれぞれガイド層３，５に拡散したからであ
り、成長圧力の変化によるものではない。上記した例で
は下側のクラッド層２にｎ型不純物をドープする一方、
上側のクラッド層６にｐ型不純物をドープすることにつ
いて説明したが、ｎ型とｐ型をその逆にしてもよい。そ
の場合には、下側のクラッド層２の成長圧力の上昇に伴
ってＤＭZnガスの供給量を減らし一方で、上側のクラッ
ド層６の成長圧力の下降に伴ってSiH₄ガスの供給量を増
やすことになる。

【００９６】なお、上記した実施形態は、In、Ga、Alの
うちの少なくとも１つを含む III族の材料とAs、P のう
ち少なくとも１つを含むＶ族の材料の化合物からなるII
I-Ｖ族半導体層を成長する場合に適用される。その場合
の成長条件、不純物ドーズ量は上記した実施形態に限ら
れない。また、ｎ型不純物としてはシリコン（Ｓｉ）の
他にイオウ（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）があり、ｐ型不純物
としてはZnの他にカドミウム（Ｃｄ）があり、それらを
用いる場合にも成長圧力の変化に応じて不純物ガス導入
量を変化させる。

【００９７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、成長
基板の表面の一部に選択成長マスクを形成し、選択成長
マスクが形成されていない領域に気相成長法によって化
合物半導体層を成長して、選択成長マスクから近い領域
と選択成長マスクから遠い領域の化合物半導体層の成長
速度又は組成を異ならせる化合物半導体層の成長工程に
おいて、選択成長しようとする化合物半導体層に応じ
て、基板上に生じる原料種の淀み層の厚さと気相中の原
料種の平均自由行程との比を変化させるようにしたの
で、淀み層の厚さが薄くするほど化合物半導体層の選択
成長比を小さくし、また、平均自由行程を長くするほど
化合物半導体層の選択成長比を小さくできる。

【００９８】淀み層の厚さは、ガス総流量を増やすほど
薄くなり、また、平均自由行程は成長雰囲気の圧力を小
さくするほど長くできる。また、他の本発明に従えば、
ｎ型不純物又はｐ型不純物が導入される化合物半導体層
の成長中に成長圧力を変化させる場合には、ｎ型不純物
又はｐ型の不純物を含むガスの供給量も同時に変化させ
るようにしているので、成長圧力の変化によって化合物
半導体層内の不純物のドーズ量を全域で一定になるよう
に調整することができる。

【００９９】ｎ型不純物導入用のガスの供給量が一定の
場合に、化合物半導体層内のｎ型不純物のドーズ量が成
長圧力の２乗に比例して変化する範囲と成長圧力に比例
して変化する範囲とに分けられることが実験により確か
められたので、これらの関係に基づいてｎ型不純物導入
用のガスの供給量を調整してｎ型不純物のドーズ量を一
定にすることができる。

【０１００】また、ｐ型不純物を導入する場合には化合
物半導体内のｐ型不純物のドーズ量は成長圧力の１／２
乗に比例して変化する関係にあるので、この関係に基づ
いてｐ型不純物導入用のガスの供給量を調整してｐ型不
純物のドーズ量を一定にすることができる。化合物半導
体層内のドーズ量を一定すると、不純物拡散により生じ
るｐｎ接合部の位置、エネルギーバンド構造および抵抗
分布を設計通りに行って、化合物半導体装置の良好な特
性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、膜厚を変えて化合物半導体層を形成す
る場合に使用される選択成長マスクを化合物半導体基板
上に形成した状態を示す平面図である。

【図２】図２は、図１に示す選択成長マスクを使用して
化合物半導体を化合物半導体基板上に形成して得られた
ストライプ方向と成長速度の関係を示す曲線である。

【図３】図３は、化合物半導体基板上に化合物半導体を
選択成長する場合の化合物半導体基板とその表面近傍の
淀み層を示す図である。

【図４】図４は、選択成長マスクに挟まれたストライプ
部の中央からストライプ延在方向の位置と結晶成長速度
との関係を示す曲線である。

【図５】図５は、選択成長マスクを使用しない場合の結
晶成長速度とキャリアガスの流量との関係を示す線であ
り、黒点は実測値、直線は理論値である。

【図６】図６は、成長雰囲気の圧力を変えて成長した結
晶の成長速度とストライプ部方向の位置の関係を示す曲
線である。

【図７】図７は、選択成長マスクに挟まれるストライプ
部の幅を変えて結晶成長した実験による結晶の成長速度
と成長圧力の関係を示す曲線である。

【図８】図８は、選択成長される化合物半導体層と化合
物半導体基板の層構造図である。

【図９】図９（ａ）は、半導体レーザと半導体導波路を
モノリシックに形成する場合に使用する基板と選択成長
マスクを示す斜視図、図９（ｂ）は、その選択成長マス
クを使用して基板上に形成された化合物半導体層を示す
斜視図である。

【図１０】図１０は、図９（ｂ）に示した化合物半導体
層の層構造を示す断面図である。

【図１１】図１１は、選択成長された化合物半導体層を
有する光半導体装置を一部切り欠いて示した斜視図であ
る。

【図１２】図１２は、選択成長された化合物半導体層の
上面のスパイク高さと成長圧力の関係を示す。

【図１３】図１３は、化合物半導体層を選択成長する際
の成長圧力の変化と成長時間との関係と、成長圧力と層
位置との関係を示す図である。

【図１４】図１４(a) は、ｎ型化合物半導体層を選択成
長する場合のSiH₄ガス供給量を時間的に変化させずに成
長圧力のみを成長時間の経過に従って変化させることを
示す図であり、図１４(b) は、成長圧力のみの変化によ
って得られるｎ型化合物半導体層の電子密度と成長時間
との関係を示す図である。

【図１５】図１５(a) は、ｐ型化合物半導体層を選択成
長する場合のＤＭZnガス供給量を時間的に変化させずに
成長圧力のみを成長時間の経過に従って変化させること
を示す図であり、図１５(b) は、成長圧力のみ変化によ
って得られるｐ型化合物半導体層の正孔密度と成長時間
との関係を示す図である。

【図１６】図１６は、ｎ型化合物半導体層を選択成長す
る場合の成長圧力及びSiH₄ガス供給量を成長時間の経過
によって変化させることを示す図である。

【図１７】図１７は、ｐ型化合物半導体層を選択成長す
る場合の成長圧力及びＤＭZnガス供給量を成長時間の経
過によって変化させることを示す図である。

【図１８】図１８は、SiH₄ガスの供給量を一定にしてｎ
型化合物半導体を成長する場合の成長圧力と電子密度の
関係を示す特性図である。

【図１９】図１９は、ＤＭZnガスの供給量を一定にして
ｐ型化合物半導体を成長する場合の成長圧力と正孔密度
の関係を示す特性図である。

【図２０】図２０は、成長圧力及びSiH₄ガス供給量を成
長中に変化させてｎ型化合物半導体層を成長した場合の
ｎ型化合物半導体層内のシリコンの濃度分布図である。

【図２１】図２１は、成長圧力及びＤＭZnガス供給量を
成長中に変化させてｐ型化合物半導体層を成長した場合
のｐ型化合物半導体層内の亜鉛の濃度分布図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ バッファ層（クラッド層） ３ ガイド層 ４ ＭＱＷ活性層 ５ ガイド層 ６ クラッド層 ７ コンタクト層 ９ 選択成長マスク １０ａ 活性領域（レーザ領域） １０ｂ 導波領域 １１ InP 基板 Ｍ₁₁〜Ｍ₂₄ 選択成長用マスク １３ ストライプ部 １４ 開放部

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/205 H01S 5/30 C23C 16/04

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】選択成長マスクが形成された基板の表面に
   気相成長法により化合物半導体層を形成することによ
   り、該基板表面のうち該選択成長マスクに近い領域に形
   成される化合物半導体層の成長速度或いは組成と遠い領
   域に形成される該化合物半導体層の成長速度或いは組成
   とを異ならせる工程を含む化合物半導体装置の製造方法
   において、 前記基板の表面近傍に生じる原料種の淀み層の厚さと気
   相中の原料種の平均自由行程との比を第１の値に設定し
   て前記選択成長マスクに覆われない領域に前記第１の化
   合物半導体層を成長する工程と、 前記比を第２の値に変えて第２の化合物半導体層を前記
   第１の化合物半導体層の上に選択成長する工程とを有す
   ることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】幅の狭い第１の領域と幅の広い第２の領域
   からなる開口部を有している選択成長マスクを化合物半
   導体基板の上に形成する工程と、 前記化合物半導体基板及び前記選択成長マスクを結晶成
   長雰囲気に置く工程と、 前記結晶成長雰囲気内に原料種を含むガスを導入し、該
   原料種の平均自由行程を第１の長さにして、前記化合物
   半導体基板の前記選択成長マスクに覆われない領域に第
   １の化合物半導体層を成長する工程と、 前記ガスを導入し続けながら或いは前記ガスの一部の供
   給を停止してその間に前記平均自由行程を第２の長さに
   変えることにより、前記第１の化合物半導体層とは膜厚
   分布が異なる第２の化合物半導体層を前記第１の化合物
   半導体層の上に成長する工程とを有することを特徴とす
   る化合物半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】前記結晶成長雰囲気の圧力を変えることに
   よって、前記原料種の前記平均自由行程が第１の長さか
   ら第２の長さに変化することを特徴とする請求項２記載
   の化合物半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】前記結晶成長雰囲気の圧力を低く変化させ
   て前記平均自由行程の第２の長さを第１の長さよりも長
   くすることにより、前記第２の化合物半導体層の膜厚分
   布の高低差を前記第１の化合物半導体層の膜厚分布の高
   低差よりも小さくすることを特徴とする請求項２記載の
   化合物半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】前記ガスに含有されるキャリアガスの種類
   を変えることによって前記原料種の平均自由行程が第１
   の長さから第２の長さに変化することを特徴とする請求
   項２記載の化合物半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】前記選択成長マスクの開口部の前記第１の
   領域と前記第２の領域は繋がって形成され、前記第１の
   領域は発光素子の形成領域であり、前記第２の領域は導
   波路の形成領域であり、 前記原料種の前記平均自由行程の前記第１の長さを前記
   第２の長さよりも短くして、 前記第１の長さの前記平均自由行程の前記結晶雰囲気下
   で、前記発光素子の活性層と前記導波路のコア層をそれ
   ぞれ同時に形成し、 前記第２の長さの前記平均自由行程の前記結晶雰囲気下
   で、前記発光素子及び前記導波路のクラッド層を前記活
   性層及び前記コア層の上方に形成することを特徴とする
   請求項２記載の化合物半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】前記第１の長さの前記平均自由行程の前記
   結晶雰囲気は５０Torr以上で、前記第２の長さの前記平
   均自由行程の前記結晶雰囲気は１０Torr以下であること
   を特徴とする請求項６記載の化合物半導体装置の製造方
   法。
8. 【請求項８】幅の狭い第１の領域と幅の広い第２の領域
   からなる開口部を有している選択成長マスクを化合物半
   導体基板の上に形成する工程と、 前記化合物半導体基板及び前記選択成長マスクを結晶成
   長雰囲気に置く工程と、 前記結晶成長雰囲気に原料種を含むガスを導入し、前記
   化合物半導体基板の表面近傍の前記原料種の淀み層を第
   １の厚さにして、前記化合物半導体基板の前記選択成長
   マスクに覆われない領域に第１の化合物半導体層を成長
   する工程と、 前記ガスを導入し続けながら、或いは前記ガスの一部の
   供給を停止してその間に前記化合物半導体基板の表面近
   傍の前記淀み層を第２の厚さに変えることにより、前記
   第１の化合物半導体層とは膜厚分布が異なる第２の化合
   物半導体層を前記第１の化合物半導体層の上に成長する
   工程とを有することを特徴とする化合物半導体装置の製
   造方法。
9. 【請求項９】前記ガスの総流量を変えることによって、
   前記原料種の前記淀み層を前記第１の厚さから前記第２
   の厚さに変化させることを特徴とする請求項８記載の化
   合物半導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】幅の狭い第１の領域と幅の広い第２の領
    域からなる開口部を有している選択成長マスクを化合物
    半導体基板の上に形成する工程と、 前記化合物半導体基板及び前記選択成長マスクを結晶成
    長雰囲気に置く工程と、 前記結晶成長雰囲気に原料種を含むガスを導入して、前
    記化合物半導体基板の表面近傍の前記原料種の淀み層を
    第１の厚さにし且つ前記原料種の平均自由行程を第１の
    長さにすることにより、前記選択成長マスクに覆われな
    い前記化合物半導体基板の領域に第１の化合物半導体層
    を成長する工程と、 前記ガスを導入し続けながら或いは前記ガスの一部の供
    給を停止してその間に前記化合物半導体基板の表面近傍
    の前記淀み層を第２の厚さにし且つ前記平均自由行程を
    第２の長さに設定することにより、前記第１の化合物半
    導体層とは膜厚分布が異なる第２の化合物半導体層を前
    記第１の化合物半導体層の上に成長する工程とを有する
    ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】幅の狭い第１の領域と幅の広い第２の領
    域からなる開口部を有している選択成長マスクを化合物
    半導体基板の上に形成する工程と、 前記化合物半導体基板及び前記選択成長マスクを結晶成
    長雰囲気に置く工程と、 ２種類以上の原料種を含む第１のガスと不純物を含む第
    ２のガスとを前記結晶成長雰囲気内に導入し、前記化合
    物半導体基板の前記選択成長マスクに覆われない領域に
    第１の化合物半導体層を成長する工程と、 前記第１の化合物半導体層の成長中に或いは一時的に停
    止している間に、前記結晶成長雰囲気の圧力と前記第２
    のガスの供給量を変化させ、前記第１の化合物半導体層
    の上に同じ化合物半導体層を成長する工程とを有するこ
    とを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】前記第２のガスは、前記第１の化合物半
    導体層をｎ型にするｎ型不純物を含むガスであって、前
    記成長圧力を第１の値Ｐ₁ から第２の値Ｐ₂に増加させ
    る場合には前記第２のガスの供給量を減らし、又は前記
    成長圧力を該第２の値Ｐ₂ から該第１の値Ｐ₁ に減少さ
    せる場合には前記第２のガスの供給量を増やすことを特
    徴とする請求項１１記載の化合物半導体装置の製造方
    法。
13. 【請求項１３】前記第２のガスの供給量が一定の場合に
    前記ｎ型不純物のドーズ量が前記成長圧力の２乗に比例
    する範囲と前記成長圧力に比例する範囲とがあり、それ
    らの範囲の境界の成長圧力を第３の値Ｐ₃ とし、 該第３の値Ｐ₃ が、前記第１の値Ｐ₁ よりも大きく且つ
    前記第２の値Ｐ₂ と等しいかそれよりも大きい場合に
    は、（Ｐ₁ ／Ｐ₂ ）² 倍の量で前記第２のガスの供給量
    を減らし又は増やし、 該第３の値Ｐ₃ が、前記第１の値Ｐ₁ と等しいかそれよ
    りも大きく且つ前記第２の値Ｐ₁ と等しいかそれよりも
    小さい場合には、（Ｐ₁ ／Ｐ₃ ）² （Ｐ₃ ／Ｐ ₂ ）倍の
    量で前記第２のガスの供給量を減らし又は増やし、 該第３の値Ｐ₃ が、前記第１の値Ｐ₁ と等しいかそれよ
    りも小さく且つ前記第２の値Ｐ₂ よりも小さい場合に
    は、（Ｐ₁ ／Ｐ₂ ）倍の量で前記第２のガスの供給量を
    減らし又は増やすことを特徴とする請求項１２記載の化
    合物半導体装置の製造方法。
14. 【請求項１４】前記第２のガスは、前記第１の化合物半
    導体をｐ型にするｐ型不純物を含むガスであって、前記
    成長圧力を第１の値Ｐ₁ から第２の値Ｐ₂ に増加させる
    場合には前記第２のガスの供給量を減らし、又は前記成
    長圧力を該第２の値Ｐ₂ から該第１の値Ｐ₁ に減少させ
    る場合には前記第２のガスの供給量を増やすことを特徴
    とする請求項１１記載の化合物半導体装置の製造方法。
15. 【請求項１５】（Ｐ₂ ／Ｐ₁ ）^1/2 倍の量で前記第２の
    ガスの供給量を減らし又は増やすことを特徴とする請求
    項１４記載の化合物半導体装置の製造方法。