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 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP16047198A Expired - Fee Related JP3422933B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 半導体素子の製造方法 |
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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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