JP3842842B2 - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大口径、且つ、高不純物濃度を有する化合物よりなる半導体結晶体を用いた半導体レーザ装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体結晶体、とりわけIII-Ｖ族を代表とする化合物半導体に対して行なう不純物拡散処理は閉管拡散法により行われており、不純物の拡散深さは拡散処理に要する処理時間により制御されてきた。この場合は、拡散濃度は拡散炉の温度と不純物拡散の材料である拡散種の量とによって決まるが、拡散炉の温度や拡散種の量のばらつきによる影響を大きく受けるため、通常必要とされる以上の拡散種を供給することにより、拡散の対象とする半導体材料に固有の飽和濃度にまで拡散濃度を上昇させていた。
【０００３】
しかしながら、閉管拡散法においては拡散処理を行なうたびにその都度半導体試料を閉管内に封入する必要があるため、半導体試料の大口径化には対応できなかった。
【０００４】
そこで、近年、「粕川昭彦他、１９９２年秋期応用物理学学術講演会、１８ｐ−Ｖ−２」にも示されている開管拡散法が注目されてきている。
【０００５】
開管拡散法は半導体試料を反応させるための反応管の径を閉管よりも大きくして大口径の半導体試料を扱えるようにしている。
【０００６】
図３５は従来の開管拡散法による拡散時間と拡散深さとの相関関係を示しており、拡散時間の平方根と拡散深さは比例していることが分かる。不純物の拡散種をジメチル亜鉛（ＤＭＺ）とし、供給量を６．５×１０-6ｃｍ-3、反応温度を５００度として測定している。なお、図３５に示す白丸はＣ−Ｖ法によりホールの数を測定し、黒丸は２次元イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法により亜鉛の数を測定したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の開管拡散法は、図３５に示すように、拡散深さの時間依存性が明らかになった程度であり、十分な制御性が得られていない。従って、拡散濃度の制御が困難であるという問題を有しており、これにより、半導体結晶中に低濃度拡散領域が形成されるという問題や、半導体結晶の界面からの拡散距離又は拡散濃度を制御できないという問題を有していた。
【０００８】
さらに、拡散処理中は常に排気しながら真空度を保つ必要があり、閉管拡散法によるよりもその真空度を高くできないため、不純物濃度は閉管拡散法に比べて小さくなったり、拡散後の表面状態が悪化したりするという問題をも有していた。
【０００９】
本発明は前記従来の問題を解決し、大口径の半導体結晶体に、鏡面状態で且つ高濃度の不純物拡散を行なえるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、拡散の対象とする半導体結晶体の上に、拡散処理の反応条件における温度又は圧力を下げることにより不純物が高濃度にドーピングされた結晶層を成長させながら、拡散対象の前記半導体結晶体に固相拡散により不純物拡散を行なうものである。
【００１１】
具体的に、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板の上に活性層形成膜を成長させる活性層形成膜成長工程と、活性層形成膜に対してエッチングを行なってストライプ状の活性層を形成する活性層形成工程と、基板の上における活性層の短辺方向の周縁部を埋める埋込み層を成長させる埋込み層成長工程と、電流阻止層を成長する電流阻止層成長工程と、活性層及び電流阻止層の上に全面にわたってクラッド層を成長するクラッド層成長工程と、不純物拡散の拡散種が原料に供給され、活性層及び埋込み層の上に全面にわたって電極とのオーミック接合を図るコンタクト層を成長させるコンタクト層成長工程と、コンタクト層の上に電極形成膜を蒸着する蒸着工程とを備え、コンタクト層成長工程は、コンタクト層の成長界面が鏡面状態となる第１の結晶成長温度よりも低い第２の結晶成長温度で且つコンタクト層の第１の結晶成長温度の成長条件における拡散種の飽和濃度よりも大きい濃度に該拡散種を供給する成長条件でコンタクト層を成長させ、電流阻止層成長工程は、不純物拡散の拡散種が原料に供給され、電流阻止層の成長界面が鏡面状態となる第１の結晶成長温度よりも低い第２の結晶成長温度で且つ電流阻止層の第１の結晶成長温度の成長条件における拡散種の飽和濃度よりも大きい濃度に該拡散種を供給する成長条件で電流阻止層を成長させ、電流阻止層成長工程の後には、第１の結晶成長温度で基板を加熱して、埋込み層及び電流阻止層の界面から埋込み層中に電流阻止層中の拡散種を固相拡散させる拡散工程とを備えている。
【００１２】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によると、コンタクト層成長工程において、コンタクト層の成長界面が鏡面状態となる第１の結晶成長温度よりも低い第２の結晶成長温度に設定されているため、半導体の原料の分解効率が低下するので、コンタクト層における結晶格子の空孔の濃度が上昇することになり、従って、不純物拡散濃度の飽和濃度が上昇する。さらに、コンタクト層の第１の結晶成長温度の成長条件における拡散種の飽和濃度よりも大きい濃度に拡散種を供給しているため、上昇した飽和濃度になるまで空孔に拡散種が捕獲されると共に格子間にも拡散種が入り込むことになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、結晶体における拡散の基本概念を説明すると、高濃度拡散とは、拡散種が結晶を構成する原子が欠けた空孔を次々に置換して移動する現象であり、低濃度拡散とは、空孔と結びつかない拡散種が結晶内の格子間を移動する現象である。以後、前者を格子置換型拡散種と呼び、後者を格子間拡散種と呼ぶことにする。なお、高濃度拡散の飽和濃度とは、所定の条件下において、空孔が格子置換型拡散種によってすべて置換されている状態と考えても差し支えがない。
【００１４】
これにより、高濃度の不純物拡散を行なうには空孔の濃度を高くすればよいことが分かる。
【００１５】
III-Ｖ族元素よりなる化合物半導体を例にとると、拡散工程において以下の論理が成り立つ。
【００１６】
１．結晶を構成する原子の空孔、例えば、Ｖ族元素の空孔濃度を高める。
【００１７】
２．１はＶ族元素の分圧を下げることにより実現できる。
【００１８】
３．２はＶ族元素を含む原料ガスの分解効率を下げるか、または原料ガスの流量を減らすかすることにより実現できる。
【００１９】
４．３は結晶成長温度を下げるか、またはＶ族元素を含む原料ガスの流量を下げるかすることにより実現できる。
【００２０】
従って、本発明は、前記の項目番号４．を実施し、Ｖ族元素の空孔濃度を高めることにより、高濃度に不純物が拡散した半導体結晶体が得られると共に、該半導体結晶体を用いた固相拡散を制御して、表面状態の良好な高濃度の半導体結晶体を得られるようにする。
【００２１】
以下、不純物拡散領域の制御性を説明するために、結晶成長温度と拡散種の供給量と拡散距離との関係を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１の参考例）
第１の参考例においては、成長界面が鏡面状態となる第１の結晶成長温度としての通常の結晶成長温度に設定し、拡散種の供給量を変化させた場合の拡散距離を測定する。
【００２３】
図１は本発明の第１の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図、及び（ｃ）は不純物濃度プロファイルを示したグラフである。なお、本参考例においては、III-Ｖ族元素よりなる化合物半導体としてＩｎＰ（インジウムリン）を用い、不純物の拡散種としてｐ型のドーパントであるＺｎ（亜鉛）を用いた。他の参考例及び実施形態においても同様である。
【００２４】
図１（ａ）において、１１はＳｎ（スズ）がドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００２５】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００２６】
まず、半導体の原料として、III 族元素を含む有機金属からなる化合物にＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）及びＶ族元素を含む化合物にＰＨ3 （ホスフィン）を用い、不純物拡散種の原料としてII族元素のＺｎを含む有機金属からなる化合物であるＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）を用いた。
【００２７】
気相成長法としてＭＯＶＰＥ法を用い、半導体結晶の成長界面に鏡面状態が得られる成長温度である通常の６００℃に結晶成長温度を設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に１×１０18ｃｍ-3の濃度の拡散種Ｚｎをドープした厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【００２８】
Ｚｎドープ層１３のＺｎ濃度として、他に２×１０18ｃｍ-3の場合と５×１０18ｃｍ-3の場合とを実験した。
【００２９】
次に、図１（ｂ）に示すように、Ｚｎドープ層１３とアンドープ層１２の界面からアンドープ層１２に拡散種であるＺｎが拡散することにより、アンドープ層１２中に界面からの深さ１μｍの高濃度領域１２ａと高濃度領域１２ａよりも下方（図中においては右方を示す。以下同じ。）に厚さが０．８μｍの低濃度領域１２ｂが形成された。
【００３０】
図１（ｃ）は２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法を用いたＺｎ濃度プロファイルを示している。拡散種Ｚｎが５×１０18ｃｍ-3の濃度で供給された場合の直線１０１に示すように、アンドープ層１２における高濃度領域のＺｎ濃度は２×１０18ｃｍ-3でアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの高濃度拡散距離Ｄｓは１μｍとなり、アンドープ層１２における低濃度領域のＺｎ濃度は０．５×１０18ｃｍ-3でありアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの低濃度拡散距離Ｄｉは１．８μｍとなる。
【００３１】
このように、結晶成長温度が通常の６００℃の場合には、拡散種Ｚｎの取り込み量がＩｎＰにおける拡散種Ｚｎの通常の成長条件下の飽和濃度である２×１０18ｃｍ-3を越える場合には低濃度領域が形成されることが分かる。
【００３２】
一方、拡散種Ｚｎが１×１０18ｃｍ-3で供給された場合の直線１０２に示すように、Ｚｎ濃度は供給量と同程度であって飽和濃度以下となり拡散は観測されなかった。
【００３３】
同様に、拡散種Ｚｎが２×１０18ｃｍ-3で供給された場合の直線１０３に示すように、Ｚｎ濃度は供給量と同値の飽和濃度となり拡散は観測されなかった。
【００３４】
図２はＺｎドープ層１３へのＺｎ供給量に対するアンドープ層１２の高濃度領域の拡散距離Ｄｓ及び低濃度領域の拡散距離Ｄｉを表わしている。拡散種Ｚｎの供給量が２×１０18ｃｍ-3を越えると拡散が発生し、拡散種Ｚｎの供給量が増加するにつれて拡散距離が増大している。
【００３５】
これにより、結晶成長温度（＝Ｔｇ）が６００℃の場合は、Ｚｎドープ層１３に対する拡散種Ｚｎの供給量によって界面からの拡散距離を制御できることがわかる。
【００３６】
（第２の参考例）
第２の参考例は、拡散種の供給量を結晶の成長界面に鏡面状態が得られる第１の結晶成長温度の成長条件における飽和濃度以上に設定し、この通常の第１の結晶成長温度の場合と、第１の結晶成長温度よりも低く成長界面に鏡面状態が得られない第２の結晶成長温度としての非鏡面成長温度の場合との拡散距離をそれぞれ測定する。
【００３７】
以下、第１の結晶成長温度を通常の結晶成長温度と呼び、第２の結晶成長温度を非鏡面成長温度と呼ぶことにする。
【００３８】
図３は本発明の第２の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＳＩＭＳ法による不純物濃度プロファイルを示したグラフである。
【００３９】
図３（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００４０】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００４１】
まず、結晶成長温度を非鏡面成長温度である４２０℃に設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に５×１０18ｃｍ-3の濃度の拡散種Ｚｎを供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【００４２】
図３（ｂ）には比較のために結晶成長温度が通常の６００℃の場合の結果も示している。Ｃｓは格子置換型拡散種の濃度を表わし、Ｃｉは格子間拡散種の濃度を表わしている。前記第１の参考例において説明したように、結晶成長温度を６００℃に設定して成長させた場合の直線１０４に示すように、アンドープ層１２における高濃度領域のＺｎ濃度は２×１０18ｃｍ-3でありアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの拡散距離は１μｍとなり、アンドープ層１２における低濃度領域のＺｎ濃度は０．５×１０18ｃｍ-3でありアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの拡散距離は１．８μｍとなる。
【００４３】
一方、結晶成長温度を４２０℃に設定して成長させた場合の直線１０５に示すように、Ｚｎドープ層１３のＺｎ濃度は４×１０18ｃｍ-3となると共に、アンドープ層１２中の高濃度領域１２ａのＺｎ濃度も４×１０18ｃｍ-3となりアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの拡散距離は０．４μｍとなった。アンドープ層１２には低濃度領域は形成されず、Ｚｎ濃度は高濃度領域とアンドープとの境界で急峻に変化している。
【００４４】
図４は高濃度領域のＺｎ濃度の成長温度依存性を表わしている。横軸はアンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長温度であり、縦軸はアンドープ層１２中のＺｎ拡散濃度である。Ｃsmaxは所定の成長温度におけるアンドープ層１２の格子置換型拡散種の最大置換量であり、ＣznはＺｎドープ層１３のＺｎ取り込み量である。
【００４５】
図４はＺｎドープ層１３に濃度Ｃznの拡散種Ｚｎがドープされた場合に、アンドープ層１２に対してどれだけの量の拡散種Ｚｎが拡散するかを示している。結晶成長温度を５００℃以上に上げていくと、Ｚｎドープ層１３の拡散種Ｚｎの飽和濃度が減少すると共に、アンドープ層１２に拡散するＺｎ濃度も減少する。逆に、結晶成長温度を５００℃以下にすると、アンドープ層１２の拡散種Ｚｎの飽和濃度が上昇し、結晶成長温度を４００℃とした場合にはアンドープ層１２の拡散種Ｚｎの飽和濃度は５×１０18ｃｍ-3以上に増大する。
【００４６】
これにより、結晶成長温度によってアンドープ層１２における拡散種Ｚｎの飽和濃度を制御することができる。
【００４７】
（第３の参考例）
第３の参考例は、拡散種の供給量を通常の成長条件における飽和濃度以上に設定し、成長界面が鏡面状態となる通常の結晶成長温度の場合と、通常の結晶成長温度よりも低い非鏡面成長温度の場合との拡散距離をそれぞれ測定する。
【００４８】
前記第２の参考例においては拡散濃度の温度依存性を説明したが、本参考例においては拡散距離の温度依存性を説明する。
【００４９】
図５は本発明の第３の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図、（ｂ）はＳＩＭＳ法による不純物濃度プロファイルを示したグラフである。
【００５０】
図５（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００５１】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００５２】
まず、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４５０℃に設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に７×１０18ｃｍ-3の濃度の拡散種Ｚｎを供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【００５３】
図５（ｂ）に示すように、結晶成長温度を４５０℃に設定して成長させた場合の直線１０６に示すように、アンドープ層１２の高濃度領域のＺｎ濃度は３×１０18ｃｍ-3でありアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの拡散距離は０．４μｍとなった。結晶成長温度が通常の６００℃の場合の直線１０７に示すように、高濃度領域のＺｎ濃度は２×１０18ｃｍ-3で拡散距離は１μｍとなり、低濃度領域のＺｎ濃度は０．５×１０18ｃｍ-3で拡散距離は１．８μｍとなる。Ｄｓは高濃度拡散距離を表わし、Ｄｉは低濃度拡散距離を表わしている。
【００５４】
図６は高濃度領域及び低濃度領域の各拡散距離の成長温度依存性を表わしている。図６に示すように、結晶成長温度が４００℃から５００℃までの間は温度が上昇するにつれて高濃度拡散距離Ｄｓが増加し、結晶成長温度が５００℃を越えると低濃度領域が発生するため、低濃度拡散距離距離Ｄｉが高濃度拡散距離Ｄｓよりも大きくなる。
【００５５】
これにより、結晶成長温度によってアンドープ層１２における拡散種Ｚｎの拡散距離を制御することができる。
【００５６】
ここで、拡散種をＺｎとする拡散領域を微視的に観察すると、高濃度拡散距離ＤｓはＺｎ原子よりなる格子置換型拡散種の拡散距離であり、低濃度拡散距離ＤｉはＺｎ原子よりなる格子間拡散種の拡散距離である。また、低濃度領域はＺｎ原子よりなる格子間原子で構成され、高濃度領域はＺｎ原子よりなる置換型原子により構成されている。高濃度領域においては、空孔の拡散が速く、格子間原子の拡散が遅い。逆に、低濃度領域においては、格子間原子の拡散の方が空孔の拡散よりも速いので、空孔が拡散した領域までが高濃度領域となり、空孔が拡散していない格子間原子のみの領域が低濃度領域となる。
【００５７】
従って、結晶成長温度が５００℃よりも低い場合は、空孔の拡散速度が大きいため、正常な結晶構造が得られないので、成長界面が鏡面状態にはなり得ない。
【００５８】
これにより、非鏡面成長温度により成長した高不純物濃度を有するＺｎドープ層１３から、拡散種Ｚｎが固相拡散するアンドープ層１２の拡散領域には、格子間に位置する拡散種のみからなる低濃度拡散領域が存在しないことが分かる。
【００５９】
（第４の参考例）
第４の参考例は、結晶成長温度と拡散種の供給量とを変化させた場合の拡散濃度の変化を測定する。
【００６０】
図７は本発明の第４の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図、（ｂ）は拡散種の供給量と不純物濃度との関係を表わすグラフである。
【００６１】
図７（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００６２】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００６３】
まず、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４２０℃に設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。さらに、比較のために、結晶成長温度を通常の６００℃に設定した場合も測定した。
【００６４】
図７（ｂ）において、横軸は拡散種Ｚｎの供給量を表わし、縦軸はアンドープ層１２に拡散される拡散種Ｚｎの濃度を表わす。また、Ｚｎｓは格子置換型拡散種であり、Ｚｎｉは格子間拡散種である。図７（ｂ）に示すように、拡散種Ｚｎの供給量が増えるにつれて、格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度もほぼ比例して増えていく。さらに拡散種Ｚｎの供給量を増やしていき、結晶成長温度によって決まる結晶の飽和濃度に達すると格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度は飽和する。
【００６５】
結晶成長温度を非鏡面温度の４２０℃に設定した場合の曲線１０８Ａは約５×１０18ｃｍ-3となる濃度で飽和に達し、結晶成長温度を通常の６００℃に設定した場合の曲線１０９Ａは約２×１０18ｃｍ-3となる濃度で飽和に達する。
【００６６】
曲線１０８Ａが飽和濃度に達すると曲線１０８Ｂに示す格子間拡散種Ｚｎｉが発生し始め、同様に、曲線１０９Ａが飽和濃度に達すると曲線１０９Ｂに示す格子間拡散種Ｚｎｉが発生し始める。
【００６７】
図７に示すように、結晶成長温度を５００℃以下の低温にして成長させた場合は、Ｖ族元素の空孔濃度が上昇するため、格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度の増加量は５００℃以上の温度にして成長させた場合に比べて大きな値をとる。
【００６８】
これにより、結晶成長温度と拡散種Ｚｎの供給量とによって格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度及び格子間拡散種Ｚｎｉの濃度を制御することができる。
【００６９】
（第５の参考例）
第５の参考例は、第２の半導体結晶層であるＺｎドープ層における拡散種の取り込み量とホール濃度との関係を測定する。
【００７０】
図８は本発明の第５の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＺｎドープ層の拡散種の取り込み量とホール濃度との関係を表わすグラフであり、（ｃ）は拡散種の取り込み量と拡散濃度との関係を表わすグラフである。
【００７１】
図８（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００７２】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００７３】
まず、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４２０℃に設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを５×１０18ｃｍ-3の濃度で供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【００７４】
図８（ｂ）はＶＤＰ（ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ）法により測定したＺｎドープ層１３におけるホール濃度のＺｎ取り込み量依存性を示している。ホール濃度はＺｎ取り込み量が増すにつれて増加するが、Ｚｎ取り込み量が３×１０18ｃｍ-3に達したときにホール濃度も３×１０18ｃｍ-3程度となり、さらにＺｎ取り込み量を増加させると逆にホール濃度は低下した。
【００７５】
これは、図８（ｃ）に示すように、Ｚｎドープ層１３のＺｎの取り込み量を３×１０18ｃｍ-3以上に増やした場合は、格子間拡散種Ｚｎｉが発生するためである。結晶格子の空孔に位置する格子置換型拡散種Ｚｎｓはホールとして作用し、格子間に位置するＺｎｉはドナーとして作用するため、Ｚｎｉによりホールが補償されるので、ホール濃度が低下することになる。従って、拡散種Ｚｎの飽和濃度は４２０℃の成長温度においては５×１０18ｃｍ-3であるのに対し、ホール濃度はＺｎｉが発生するため、３×１０18ｃｍ-3の濃度で飽和してしまう。
【００７６】
このホール濃度の低下を抑制するには、Ｚｎドープ層１３からアンドープ層１２に格子間拡散種Ｚｎｉを拡散させることによって除去すればよい。
【００７７】
すなわち、図９（ａ）に示すように、通常の結晶成長温度である６００℃に図８（ａ）に示す結晶体に対して５分間程度の熱処理を行なうことにより、Ｚｎドープ層１３の格子間拡散種Ｚｎｉはアンドープ層１２の高濃度領域１２ａに拡散除去される。
【００７８】
図９（ｂ）に示すように、熱処理前には拡散種Ｚｎの濃度が３×１０18ｃｍ-3になると飽和していたのに対し、５×１０18ｃｍ-3までホール濃度を向上させることができる。
【００７９】
これにより、６００℃の熱処理によってホール濃度の低下を緩和することができるため、拡散種Ｚｎの飽和濃度と同程度のホール濃度を得ることができる。
【００８０】
（第６の参考例）
第６の参考例は、Ｚｎドープ層の上にも第２のアンドープ層を成長した後、通常の結晶成長温度により熱処理を行なって、第２のアンドープ層にも固相拡散を行なう。
【００８１】
図１０は本発明の第６の参考例に係る半導体結晶体の断面図及び結晶成長温度プロファイルであって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は半導体結晶体の結晶成長温度プロファイルである。
【００８２】
図１０（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍの第１のアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層、１４は第３の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍの第２のアンドープ層である。結晶の成長方向は基板１１から第２のアンドープ層１４に向かう方向である。
【００８３】
以下、本参考例に係る半導体結晶体の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００８４】
まず、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４５０℃に設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍの第１のアンドープ層１２と、第１のアンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを４×１０18ｃｍ-3の濃度で供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３と、Ｚｎドープ層１３の上に厚さが２μｍの第２のアンドープ層１４とを順次成長させた。
【００８５】
次に、図１０（ｂ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に昇温し、Ｖ族元素のＡｓ（ヒ素）雰囲気中において半導体結晶体に３０分間の熱処理を行なうと、Ｚｎドープ領域１５がＺｎドープ層１３と第１のアンドープ層１２の界面から第１のアンドープ層１２に拡散して形成されると共に、Ｚｎドープ層１３と第２のアンドープ層１４の界面から第２のアンドープ層１４にも拡散して形成される。
【００８６】
Ｚｎドープ層１３のＺｎ濃度は３×１０18ｃｍ-3となり、第１のアンドープ層１２及び第２のアンドープ層１４のＺｎｓ濃度はともに２×１０18ｃｍ-3で拡散深さは０．５μｍとなった。また、第１のアンドープ層１２及び第２のアンドープ層１４の各高濃度領域の先に低濃度領域が０．２μｍの厚さに形成された。
【００８７】
これは、Ｚｎドープ層１３中に存在していた格子間拡散種Ｚｎｉが温度上昇により第１のアンドープ層１２及び第２のアンドープ層１４に拡散したためである。
【００８８】
これにより、図１０（ｃ）に示すように、結晶成長工程１１０において結晶の成長界面に鏡面状態が得られない非鏡面成長温度に設定してＺｎ供給層であるＺｎドープ層１３を成長し、その後、熱処理工程１１１において半導体結晶体を加熱することにより、Ｚｎドープ層１３から第１のアンドープ層１２のみならず第２のアンドープ層１４にも拡散種Ｚｎが拡散した半導体結晶体を得ることができる。
【００８９】
（第７の参考例）
前記第１〜６の各参考例は、結晶成長温度を下げることによりＶ族元素の空孔濃度を高めることを行なったが、本参考例はもう１つの条件であるＶ族元素を含む原料ガスの流量を下げ、Ｖ族元素の分圧を下げることによりＶ族元素の空孔濃度を高め、高濃度拡散を行なう。
【００９０】
図１１は本発明の第７の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＶ族元素を含む原料ガスの分圧、拡散濃度及び拡散種の供給量の関係を表わすグラフである。
【００９１】
図１１（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００９２】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００９３】
まず、結晶成長温度を通常の６００℃に、Ｖ族元素を含む原料ガスであるＰＨ3 の分圧を１×１０-3Ｔｏｒｒ以下にそれぞれ設定し、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを４×１０18ｃｍ-3の濃度で供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【００９４】
図１１（ｂ）に示すように、Ｚｎドープ層１３とアンドープ層１２との界面からアンドープ層１２に固相拡散する際の格子置換型拡散種の拡散濃度Ｃs はＰＨ3 の分圧に依存する。
【００９５】
すなわち、Ｚｎドープ層１３のＺｎ取り込み量Ｃznが２×１０18ｃｍ-3以下の場合は、拡散濃度Ｃs はＺｎ取り込み量Ｃznと同程度の値を示し、Ｚｎドープ層１３のＺｎ取り込み量Ｃznが２×１０18ｃｍ-3以上の場合は、拡散種ＺｎのＩｎＰにおける飽和濃度がＰＨ3 分圧の低下にともなって上昇する。その結果、ＰＨ3 分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒ以下まで下げた場合には、結晶成長温度が通常の６００℃のままであっても４×１０18ｃｍ-3の高濃度のＺｎ濃度が得られた。
【００９６】
Ｚｎ濃度や拡散距離を結晶成長温度により制御する場合は、結晶成長温度が安定するまでに５分程度の時間が必要となるが、原料ガスの圧力を変化させることはほとんど瞬間的に実施できるため、結晶成長時間の短縮や結晶に与えるダメージの低減等のメリットがある。
【００９７】
これにより、Ｖ族元素を含む原料ガスであるＰＨ3 の分圧を変化させることによりアンドープ層１２に対する拡散種Ｚｎの飽和濃度を制御することができる。
【００９８】
（第８の参考例）
第８の参考例は、拡散種の供給量を通常の成長条件における飽和濃度以上に設定し、Ｖ族元素を含む原料ガスの分圧と拡散距離との関係を測定する。
【００９９】
図１２は本発明の第８の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＶ族元素を含む原料ガスの分圧と拡散距離との関係を表わすグラフである。
【０１００】
図１２（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【０１０１】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【０１０２】
まず、結晶成長温度を通常の６００℃に、Ｖ族元素を含む原料ガスであるＰＨ3 の分圧を１×１０-3Ｔｏｒｒ以下にそれぞれ設定し、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを、ＰＨ3 の分圧が１×１０-3Ｔｏｒｒを越える成長条件における飽和濃度の２×１０18ｃｍ-3よりも大きな３×１０18ｃｍ-3の濃度で供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【０１０３】
この結果、図１２（ａ）に示すように、アンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの拡散距離が１μｍの高濃度領域１２ａ及び該界面からの拡散距離１．８μｍの低濃度領域１２ｂが形成される。
【０１０４】
図１２（ｂ）に高濃度領域１２ａの拡散距離Ｄｓ及び低濃度領域の拡散距離ＤｉのＰＨ3 分圧依存性を示す。図１２（ｂ）に示すように、格子置換型拡散種Ｚｎｓの拡散距離ＤｓはＰＨ3 の分圧が上昇するにつれて減少するのに対して、格子間拡散種Ｚｎｉの拡散距離ＤｉはＰＨ3 の分圧が上昇するにつれて増大する。
【０１０５】
これは、拡散種Ｚｎの取り込み量が３×１０18ｃｍ-3の場合は、ＰＨ3 の分圧が５×１０-5Ｔｏｒｒ以上である場合は、格子間拡散種Ｚｎｉを格子置換型拡散種Ｚｎｓとするのに十分な空孔が供給されなくなるため、格子間拡散種Ｚｎｉが発生するからである。ＰＨ3 の分圧が上昇するほど、導入される空孔の数が減少するため、格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度も減少するので、格子間拡散種Ｚｎｉの濃度が増大することになる。その結果、格子間拡散種Ｚｎｉの拡散距離Ｄｉが増大する。
【０１０６】
これにより、格子置換型拡散種Ｚｎｓ及び格子間拡散種Ｚｎｉの拡散距離をＰＨ3 の分圧により制御することができる。
【０１０７】
（第９の参考例）
第９の参考例は、Ｚｎドープ層の上にも第２のアンドープ層を成長させた後、通常のＰＨ3 の分圧に戻す処理を行なって、第２のアンドープ層にも固相拡散を行なう。
【０１０８】
図１３は本発明の第９の参考例に係る半導体結晶体の断面図及びＰＨ3 分圧のプロファイルであって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は半導体結晶体の成長工程のＰＨ3 分圧プロファイルである。
【０１０９】
図１３（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍの第１のアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層、１４は第３の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍの第２のアンドープ層である。結晶の成長方向は基板１１から第２のアンドープ層１４に向かう方向である。
【０１１０】
以下、本参考例に係る半導体結晶体の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【０１１１】
まず、結晶成長温度を通常の６００℃に、ＰＨ3 の分圧を通常よりも低圧の１×１０-5Ｔｏｒｒにそれぞれ設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍの第１のアンドープ層１２と、第１のアンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを４×１０18ｃｍ-3の濃度で供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた後、ＰＨ3 の分圧を通常の１×１０-2Ｔｏｒｒにまで昇圧してＺｎドープ層１３の上に厚さが２μｍの第２のアンドープ層１４を連続して成長させた。
【０１１２】
この結果、図１３（ｂ）に示すように、Ｚｎドープ領域１５がＺｎドープ層１３と第１のアンドープ層１２の界面から第１のアンドープ層１２に拡散して形成されると共に、Ｚｎドープ層１３と第２のアンドープ層１４の界面から第２のアンドープ層１４にも拡散して形成される。
【０１１３】
Ｚｎドープ層１３のＺｎ濃度は３×１０18ｃｍ-3となり、第１のアンドープ層１２及び第２のアンドープ層１４の格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度はともに２×１０18ｃｍ-3で拡散深さは０．５μｍとなった。また、第１のアンドープ層１２には低濃度領域は確認されなかった。
【０１１４】
これは、ＰＨ3 の分圧が低下するのに応じてＶ族の空孔濃度が上昇するため、６００℃の高温でも拡散種Ｚｎは置換位置に存在するので、拡散種Ｚｎの飽和濃度が４×１０18ｃｍ-3以上の高濃度となるのに対して、ＰＨ3 の分圧が上昇した場合には、Ｖ族の空孔濃度が減少するため、置換位置に存在していた格子置換型拡散種Ｚｎｓが放出されて格子間位置に移動する格子間拡散種Ｚｎｉとなるためである。
【０１１５】
さらに、第１のアンドープ層１２に低濃度領域が形成されないのは、第１のアンドープ層１２が低圧で成長したため、結晶内に高濃度のＶ族の空孔が存在するので、Ｚｎドープ層１３から第１のアンドープ層１２に拡散してきた格子間拡散種Ｚｎｉがすぐに格子置換型拡散種Ｚｎｓとなるからである。
【０１１６】
これにより、通常よりもＰＨ3 の分圧を低く設定して、拡散種Ｚｎの供給層であるＺｎドープ層１３を成長させた後、通常のＰＨ3 の分圧に再設定して第２のアンドープ層１４を成長させることにより、Ｚｎドープ層１３から第１のアンドープ層１２のみならず第２のアンドープ層１４にも拡散種Ｚｎが拡散した半導体結晶体を得ることができる。
【０１１７】
（第１０の参考例）
前記第１〜９の各参考例は、Ｖ族元素の空孔濃度を高めることにより不純物の拡散濃度を高めるようにしたが、本参考例は観点を変え、拡散種が結晶体から再蒸発するのを抑制することにより不純物の拡散濃度を高めている。
【０１１８】
具体的には、基板の上に半導体結晶を選択的に成長させるものである。以後、選択的に成長する半導体結晶を選択成長による半導体結晶と呼ぶ。
【０１１９】
図１４は本発明の第１０の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は選択成長前の基板の構成断面図であり、（ｂ）は選択成長後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は基板上に成長した各結晶の膜厚比と拡散濃度比との関係を表わすグラフである。
【０１２０】
以下、選択成長による高不純物濃度の半導体結晶体の結晶成長方法を説明する。
【０１２１】
まず、図１４（ａ）に示すように、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板１１の上に、選択成長用のマスクとなるＳｉＮ（窒化シリコン）膜を全面に堆積した後、ＳｉＮ膜に対してエッチングを行なって、短辺方向の開口幅が５μｍの選択成長領域１１ａとなるストライプ状の開口部、及び開口幅が１ｍｍの方形の通常の成長領域１１ｂとなる比較のための開口部を有するマスクパターン１６を形成する。１１ｃ及び１１ｄはマスク領域であって、マスク領域１１ｃの幅は３０μｍである。
【０１２２】
次に、図１４（ｂ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に、拡散種Ｚｎの不純物濃度を０．５×１０18ｃｍ-3にそれぞれ設定し、基板１１上に半導体結晶を成長させた。基板１１上のマスク領域１１ｃ及び１１ｄの上には結晶は成長しないが、選択成長領域１１ａには、厚さが２μｍで２×１０18ｃｍ-3の濃度の高濃度結晶層１７が形成され、通常の成長領域１１ｂには、厚さが１μｍで０．５×１０18ｃｍ-3の濃度の低濃度結晶層１９が形成される。
【０１２３】
選択成長領域１１ａの厚さが通常の成長領域１１ｂの厚さよりも大きくなるのは、基板１１上のマスク領域１１ｃ及び１１ｄ上に結晶成長が進まないため、開口幅の小さい選択成長領域１１ａに成長種の供給が増大するので、結晶の成長速度が通常の成長領域１１ｂに比べて速くなるからである。
【０１２４】
また、選択成長領域１１ａのＺｎ濃度が通常の成長領域１１ｂのＺｎ濃度よりも大きいのは、拡散種Ｚｎの結晶内への取り込み量がＺｎの供給量とＺｎの結晶からの離脱量とのバランスにより決定されているためであり、選択成長領域１１ａにおいては成長種の供給が増大しているためＺｎの取り込み量が増大するが、Ｚｎの結晶からの離脱量は温度の関数として与えられるので、その結果、Ｚｎの結晶内への取り込み量が増大することになる。
【０１２５】
通常の成長領域１１ｂの膜厚ｄ1 に対する選択成長領域１１ａの膜厚ｄ2 の比を膜厚比ｄ2 ／ｄ1 とすると、膜厚比ｄ2 ／ｄ1 は、マスク領域１１ｃ及び１１ｄを大きくするほど増大し、また、選択成長領域１１ａを小さくするほど増大する。
【０１２６】
図１４（ｃ）は通常の成長領域１１ｂのＺｎ濃度Ｃ1 に対する選択成長領域１１ａのＺｎ濃度Ｃ2 の比をＺｎ濃度比Ｃ2 ／Ｃ1 として、各成長領域の膜厚比ｄ2 ／ｄ1 とＺｎ濃度比Ｃ2 ／Ｃ1 との関係を表わしたグラフである。図１４（ｃ）に示すように、膜厚比ｄ2 ／ｄ1 が増大するほどＺｎ濃度比Ｃ2 ／Ｃ1 が増大していることが分かる。
【０１２７】
これにより、選択成長領域１１ａの開口幅が減少することにより膜厚比ｄ2 ／ｄ1 が増大し、さらに、選択成長領域１１ａの膜厚比ｄ2 ／ｄ1 が増大することによりＺｎ濃度比Ｃ2 ／Ｃ1 が増大するという関係を得ることができる。
【０１２８】
（第１１の参考例）
前記第１０の参考例は、選択成長における、拡散種が結晶体から再蒸発するのを抑制することにより高不純物濃度を有する半導体結晶体を求めたが、本参考例においては、高不純物層からの固相拡散に着目する。
【０１２９】
図１５は本発明の第１１の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は選択成長後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は基板上に成長した各結晶の膜厚比と拡散濃度比との関係を表わすグラフであり、（ｃ）は基板上に成長した各結晶の膜厚比と拡散距離との関係を表わすグラフである。
【０１３０】
図１５（ａ）において、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板１１の上に、ＳｉＮ膜よりなる選択成長用のマスクパターン１６が形成されており、基板１１上のマスク領域１１ｃ，１１ｄ及び１１ｅの幅は共に５０μｍである。高濃度結晶層１７は短辺方向の開口幅が５μｍのストライプ状の第１の選択成長領域に形成され、膜厚ｄ3 が２．２μｍでＺｎ濃度Ｃ3 が２×１０18ｃｍ-3であり、中濃度結晶層１８は短辺方向の開口幅が１０μｍのストライプ状の第２の選択成長領域に形成され、膜厚ｄ2 が１．８μｍでＺｎ濃度Ｃ2 が２×１０18ｃｍ-3であり、低濃度結晶層１９は開口部が１ｍｍの方形の通常の成長領域に形成され、膜厚ｄ1 が１μｍでＺｎ濃度Ｃ1 が１×１０18ｃｍ-3である。
【０１３１】
図１５（ａ）に示す各結晶層１７，１８，１９の成長方法は、結晶成長温度を通常の６００℃に、拡散種Ｚｎの不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3にそれぞれ設定して、前記第１０の参考例において説明した方法と同様の方法を採った。
【０１３２】
また、図１５（ｂ）に示す膜厚比ｄn ／ｄ1 (n=1,2,3) と拡散濃度比Ｃn ／Ｃ1 (n=1,2,3) との関係をみると、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しているため、高濃度結晶層１７も中濃度結晶層１８も共にＺｎ濃度が成長条件による飽和濃度の２×１０18ｃｍ-3で飽和してしまっている。従って、本参考例においては実線に示す関係しか得られない。
【０１３３】
しかしながら、図１５（ａ）に示すように、各結晶層１７，１８，１９は、飽和濃度に達するまでは、それぞれの拡散種Ｚｎの取り込み量に応じて基板１１に対する拡散深さが変化しているので、低濃度結晶層１９の拡散距離をＤ1 、中濃度結晶層１８の拡散距離をＤ2 及び高濃度結晶層１７の拡散距離をＤ3 とすると、図１５（ｃ）に示す膜厚比ｄn ／ｄ1 (n=1,2,3) と拡散距離ｄn (n=1,2,3) との関係が得られる。
【０１３４】
これにより、選択成長領域の膜厚比が増大すると拡散距離が増大するという関係が得られるため、複数の選択成長領域の形状を互いに変えることによって、同一基板面の複数の結晶体に対してただ一度の結晶成長により各結晶体の拡散距離をそれぞれ異なるようにすることができる。
【０１３５】
（第１２の参考例）
前記第１１の参考例は、選択成長における通常の結晶成長温度による高不純物層からの固相拡散を行なったが、本参考例においては、通常の結晶成長温度よりも低い非鏡面成長温度による高不純物層からの固相拡散に着目する。
【０１３６】
図１６は本発明の第１２の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は選択成長後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は基板上に成長した各結晶の膜厚比と拡散濃度比との関係を表わすグラフである。
【０１３７】
図１６（ａ）は結晶成長温度が４００℃に、拡散種Ｚｎの不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3にそれぞれ設定され、選択成長による各結晶層であって、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板１１の上に、ＳｉＮ膜よりなるマスクパターン１６が形成されており、基板１１上のマスク領域１１ｃ，１１ｄ及び１１ｅの幅は共に５０μｍである。高濃度結晶層１７は短辺方向の開口幅が５μｍのストライプ状の第１の選択成長領域に形成され、膜厚ｄ3 が２．２μｍでＺｎ濃度Ｃ3 が４×１０18ｃｍ-3であり、中濃度結晶層１８は短辺方向の開口幅が１０μｍのストライプ状の第２の選択成長領域に形成され、膜厚ｄ2 が１．８μｍでＺｎ濃度Ｃ2 が２×１０18ｃｍ-3であり、低濃度結晶層１９は開口部が１ｍｍの方形の通常の成長領域に形成され、膜厚ｄ1 が１μｍでＺｎ濃度Ｃ1 が１×１０18ｃｍ-3である。１７ａは高濃度結晶層１７と基板１１との界面から高濃度結晶層１７の拡散種Ｚｎが拡散したＺｎ濃度がＣs3の高濃度拡散領域であり、１８ａは中濃度結晶層１８と基板１１との界面から中濃度結晶層１８の拡散種Ｚｎが拡散したＺｎ濃度がＣs2の中濃度拡散領域であり、１９ａは低濃度結晶層１９と基板１１との界面から低濃度結晶層１９の拡散種Ｚｎが拡散したＺｎ濃度がＣs3の低濃度拡散領域である。
【０１３８】
図１６（ｂ）は低濃度結晶層１９の膜厚ｄ1 に対する各選択成長領域の膜厚ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 の比を膜厚比ｄn ／ｄ1 (n=1,2,3) とし、各成長領域のＺｎ濃度の濃度比Ｃn ／Ｃ1 (n=1,2,3) 及び各拡散領域のＺｎ濃度の濃度比Ｃsn／Ｃ1 (n=1,2,3) の関係を表わしている。
【０１３９】
図１６（ｂ）に示すように、膜厚比ｄn ／ｄ1 が増大するにつれて選択成長する結晶層に対して拡散種Ｚｎの取り込み量が増大すると共に拡散領域のＺｎ濃度も増大していることがわかる。
【０１４０】
これは、前記第１１の参考例と異なり、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃に設定しているため、結晶中のＶ族元素の空孔濃度が上昇し、飽和濃度が６×１０18ｃｍ-3程度にまで上昇するので、拡散種Ｚｎの取り込み量に応じて格子置換型拡散種の濃度であるＺｎｓ濃度が増減するからである。その結果、各拡散領域１７ａ，１８ａ，１９ａの基板１１面からの拡散距離はほとんど変化しない。
【０１４１】
なお、図１６（ｂ）に示すように、膜厚比ｄn ／ｄ1 が２．５以上になる場合はＺｎ供給量が飽和濃度を越えるため、拡散領域のＺｎｓ濃度Ｃs は飽和傾向を示す。
【０１４２】
本参考例によると、選択成長領域の膜厚比が増大するとＺｎ濃度が増大するという関係が得られるため、結晶の成長界面に鏡面が得られない程度の低温成長を行ない且つ複数の選択成長領域の形状を変えることにより、同一基板面の複数の結晶体に対してただ一度の結晶成長により各結晶体の拡散濃度をそれぞれ異なるようにすることができる。
【０１４３】
（第１３の参考例）
本参考例は選択成長による高不純物結晶体を回折格子に用いる。
【０１４４】
図１７（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１３の参考例に係る選択拡散による半導体結晶体の製造方法の工程順断面図であって、（ｄ）は熱処理工程及び埋込み工程の結晶成長温度プロファイルである。
【０１４５】
以下、回折格子に選択成長を用いた半導体結晶体の結晶成長方法を説明する。
【０１４６】
まず、図１７（ａ）に示すように、第１の結晶層としてのＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板１１に対して、フォトリソグラフィーとして電子ビーム露光法による露光及びドライエッチングを行なうことにより、基板１１上に周期が２００ｎｍの凹部又は凸部を有する回折格子を形成する。
【０１４７】
次に、図１７（ｄ）に示す熱処理工程１１４において、熱処理温度を非鏡面成長温度の４００℃にまで昇温しながらＰＨ3 及びＤＭＺｎの雰囲気中で１０分間加熱する。ＰＨ3 の分圧は１×１０-2Ｔｏｒｒとし、ＤＭＺｎの分圧は１×１０-5Ｔｏｒｒとした。これにより、図１７（ｂ）に示すように回折格子の各凹部に拡散種Ｚｎの高濃度領域２７が形成される。なお、ＰＨ3 の分圧を１×１０-3Ｔｏｒｒに下げても高濃度領域２７は形成される。
【０１４８】
次に、図１７（ｄ）に示す埋込み工程１１５において、結晶成長温度を通常の６００℃に上昇し、ＰＨ3 及びＴＭＩｎを原料にして、基板１１の上に全面にわたって第２の結晶層としてのアンドープのＩｎＰよりなる埋込み層１２を２μｍの厚さに成長させる。この結果、図１７（ｃ）に示したように、回折格子の各凹部に逆三角形状の拡散種Ｚｎの高濃度領域２７が格子形状に埋めこまれた構造が形成される。
【０１４９】
本参考例においては、埋込み層１２の結晶成長時に６００℃にまで成長温度を上昇したが、４００℃のまま行なってもよい。高濃度領域２７の濃度は、ＤＭＺｎの濃度を上昇させるにつれて増大することがＳＥＭ観察により定性的に確認されるが、Ｚｎ濃度の定量化は行なっていない。
【０１５０】
これにより、回折格子の上に拡散種の原料であるＤＭＺｎを供給しながら昇温することにより、回折格子の凹部に高濃度領域を選択的に形成することができる。
【０１５１】
（第１４の参考例）
本参考例は高濃度不純物結晶体からの固相拡散により得られた結晶体のみを分離する方法を示す。
【０１５２】
図１８は本発明の第１４の参考例に係る半導体結晶体の製造方法の工程順断面図である。
【０１５３】
まず、図１８（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定して、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板１１の上に第１の半導体結晶層としての厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に厚さが１０ｎｍの保護膜としてのＩｎＧａＡｓＰよりなるエッチングストップ層２８とを順次成長させた後、結晶成長温度を非鏡面成長温度である４００℃に設定して、エッチングストップ層２８の上に５×１０18ｃｍ-3の濃度の拡散種Ｚｎを供給しながら第２の半導体結晶層としての厚さが１μｍのＺｎドープ層１３を成長した。図１８（ａ）に示すように、４００℃程度の低温により結晶成長を行なうと、リン（Ｐ）原子がＺｎドープ層１３の結晶から脱離するため、Ｚｎドープ層１３の結晶表面が凸凹状になっている。
【０１５４】
次に、図１８（ｂ）に示すように、塩酸（ＨＣｌ）とリン酸（Ｈ3 ＰＯ4 ）との混合溶液等を用いると、ＩｎＰを選択的にエッチングすることができるため、Ｚｎドープ層１３に対してウェットエッチングを行なうことによりＺｎドープ層１３のみを除去し、エッチングストップ層２８の直前でエッチングを停止することができる。なお、エッチングストップ層２８は６００℃で成長しているため鏡面になっており、また、エッチングストップ層２８にも拡散種であるＺｎが拡散されているため、コンタクト層として用いてもよい。
【０１５５】
さらに、図１７（ｃ）に示すように、エッチングストップ層２８に対してもＨ2 ＳＯ4 （硫酸）とＨ2 Ｏ2 （過酸化水素）とＨ2 Ｏ（水）との混合溶液を用いたエッチング処理の後に続いてＨＣｌとＣＨ3 ＣＯＯＨ（酢酸）との混合溶液を用いてエッチングを行なうか、又はＨＣｌとＣＨ3 ＣＯＯＨとの混合溶液のみを用いた時間制御によるエッチングを行なってエッチングストップ層２８を除去してもよい。
【０１５６】
これにより、拡散種Ｚｎが拡散された高濃度領域１２ａと鏡面状態の結晶表面とを有するアンドープ層１２を得ることができる。
【０１５７】
また、本参考例によると、アンドープ層１２とＺｎドープ層１３との間にエッチングストップ層２８を挿入しているが、このエッチングストップ層２８による拡散濃度プロファイルの変化は認められず、エッチングストップ層２８の有無は拡散濃度プロファイルに何ら影響を与えないことが分かっている。
【０１５８】
（第１５の参考例）
本参考例から高濃度不純物拡散層を有する半導体結晶体を半導体素子に利用する具体例を示す。
【０１５９】
以下、本発明の第１５の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０１６０】
図１９は本発明の第１５の参考例に係る半導体レーザ装置の構成図及び測定図であって、（ａ）は半導体レーザ装置の構成断面図であり、（ｂ）はコンタクト層のキャリア濃度と抵抗値との関係を示すグラフである。図１９（ａ）において、２０１はｎ型クラッド層でありＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、２０２はレーザビームを放射する活性層、２０３はｐ型ＩｎＰよりなり活性層２０２の短辺方向の周縁部を埋める埋込み層、２０４はｎ型ＩｎＰよりなり活性層２０２に流入する電流の効率を高める電流阻止層、２０５はｐ型クラッド層、２０６はｐ型ＩｎＰよりなりｐ型クラッド層２０５と電極とのオーミック接合を図るコンタクト層、２０７はｐ側電極形成膜、２０８はｎ側電極形成膜である。
【０１６１】
以下、第１５の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
【０１６２】
まず、図２０（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、基板２０１の上に厚さが０．２μｍの活性層形成膜２０２Ａを堆積した後、活性層形成膜２０２Ａの上の活性層形成領域にストライプ状のＳｉＮよりなるマスクパターン２０９を選択的に形成する。
【０１６３】
次に、図２０（ｂ）に示すように、活性層形成膜２０２Ａ及び基板２０１に対してエッチングを行なって短辺方向の幅が１．５μｍのストライプ形状の活性層２０２を形成する。
【０１６４】
次に、図２０（ｃ）に示すように、マスクパターン２０９を選択成長用のマスクとして膜厚が１μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰよりなる埋込み層２０３と膜厚が１μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰよりなる電流阻止層２０４を成長させる。
【０１６５】
次に、図２０（ｄ）に示すように、マスクパターン２０９に対してエッチングを行なってマスクパターン２０９を除去した後、図２０（ｄ）に示すように、膜厚が３μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｐ型クラッド層２０５を成長させた後、結晶成長温度を非鏡面成長温度である４００℃に設定し、膜厚が１μｍで不純物濃度が４×１０18ｃｍ-3のコンタクト層２０６を成長させる。その後、結晶成長温度を通常の６００℃に再び昇温し、コンタクト層２０６の結晶内のキャリアを補償する格子間拡散種Ｚｎｉを除去するために１０分間の熱処理を行なう。
【０１６６】
次に、図２０（ｅ）に示すように、コンタクト層２０６の上面に全面にわたってＴｉＰｔよりなるｐ側電極形成膜２０７を蒸着し、基板２０１の下面に全面にわたってＴｉＰｔよりなるｎ側電極形成膜２０８を蒸着する。
【０１６７】
図２１（ａ）にｐ型クラッド層成長工程１１６及びコンタクト層成長工程１１７の結晶成長温度プロファイルを示す。
【０１６８】
従来は図１９（ｂ）に示すように、コンタクト層成長工程において、結晶成長温度を６００℃にした場合は、キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3で飽和するため、ｐ側電極形成膜２０７のコンタクト抵抗は、１×１０-5ｏｈｍ／ｃｍ2 であった。
【０１６９】
本参考例は図２１（ａ）に示すように、コンタクト層成長工程１１７において、結晶成長温度を４００℃に低下させたことによりコンタクト層のキャリア濃度は４×１０18ｃｍ-3に上昇するため、ｐ側電極形成膜２０８のノンアロイ電極においても図１９（ｂ）に示すようにコンタクト抵抗は１×１０-7ｏｈｍ／ｃｍ2 となって１／１００に低減した。
【０１７０】
また、本参考例はコンタクト層成長工程において結晶成長温度を変化させたが、結晶成長温度を６００℃の一定として、ＰＨ3 の分圧を１０-5Ｔｏｒｒに低下させた条件下でコンタクト層２０６を成長させることによってもキャリア濃度が４×１０18ｃｍ-3となる。
【０１７１】
これにより、従来からコンタクト層として用いられているＩｎＧａＡｓＰよりなる４元混晶に代えて、高不純物濃度を有するＩｎＰを用いることにより熱抵抗が低減したり、光吸収が低減したりすると共に、ｐ型クラッド層２０５とコンタクト層２０６とは結晶構造が同一になるため、従来必要とされた結晶条件の導出が低減されるというメリットを生ずる。
【０１７２】
従って、コンタクト層２０６をＩｎＰよりなる半導体結晶体を用いて構成しても低コンタクト抵抗となるノンアロイ電極の半導体レーザ装置を得ることができる。
【０１７３】
（第１６の参考例）
以下、本発明の第１６の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０１７４】
図２２は本発明の第１６の参考例に係る半導体受光素子の構成図及び測定図であって、（ａ）は受光素子の構成断面図であり、（ｂ）は逆方向電圧とリーク電流との関係を示すグラフである。図２２（ａ）において、２１０はＳｎがドープされたｎ型ＩｎＰよりなる基板、２１１は基板２１０の上に形成されたアンドープＩｎＧａＡｓＰよりなる活性層、２１１ａは活性層２１１の上面部に形成されたｐ型不純物拡散領域、２１２は活性層２１１の上面に形成され活性層２１１を保護するエッチングストップ層、２１３はｐ側電極、２１４はｎ側電極形成膜、２１５はエッチングストップ層の表面を保護するパッシベーション膜である。
【０１７５】
以下、第１６の参考例に係る半導体受光素子の製造方法を説明する。
【０１７６】
まず、図２３（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、基板２１０の上に厚さが２μｍの活性層２１１と活性層２１１の上にエッチングストップ層２１２とを順次成長させる。その後、エッチングストップ層２１２の上に全面にわたってＳｉＮよりなるマスク形成膜を堆積した後、受光領域のマスク形成膜に対してエッチングを行なってマスクパターン２１６を形成する。
【０１７７】
次に、図２３（ｂ）に示すように、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃に設定してエッチングストップ層２１２を臨む受光領域に拡散種Ｚｎの濃度が３×１０18ｃｍ-3にドープされた不純物供給層２１７を成長させると共に、不純物供給層２１７とエッチングストップ層２１２の界面を介して拡散種Ｚｎよりなるｐ型不純物が活性層２１１の上面部に拡散して不純物拡散領域２１１ａを形成する。
【０１７８】
次に、図２３（ｃ）に示すように、不純物供給層２１７に対してＨＣｌとＨ3 ＰＯ4 との混合溶液を用いてエッチングを行なって不純物供給層２１７を除去した後、マスクパターン２１６に対してＨＦ（フッ酸）とＮＨ4 Ｆ（フッ化アンモニウム）との混合溶液を用いてエッチングを行なってマスクパターン２１６を除去してエッチングストップ層２１２を露出する。
【０１７９】
次に、図２３（ｄ）に示すように、ｐ側電極２１３を形成すると共にｎ側電極形成膜を蒸着した後、パッシベーション膜２１５を堆積する。
【０１８０】
従来は、図２３（ｂ）に示す不純物供給層成長工程において、結晶成長温度を６００℃にして不純物拡散を行なっていたため、不純物拡散領域２１１ａの周縁部に低濃度領域が発生し、この周縁部から空乏層が発生するので、図２２（ｂ）の曲線１１９に示すようにブレークダウン電圧は１０Ｖ程度と低い値を示していた。さらに、不純物濃度が低いため、空乏層の広がりが小さいので、高周波特性も２ＧＨｚ程度と低かった。
【０１８１】
一方、本参考例に示したように、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃にして結晶成長すると、活性層２１１の不純物拡散領域２１１ａには、低濃度領域が形成されないため、図２２（ｂ）の曲線１２０に示すようにブレークダウン電圧は２０Ｖと増大すると共に、不純物拡散領域２１１ａは３×１０18ｃｍ-3の高不純物濃度となるため、高周波特性も１０ＧＨｚに増大する。
【０１８２】
これにより、ブレークダウン電圧が高く且つ高周波特性が優れた半導体受光素子を得ることができる。
【０１８３】
なお、不純物供給層成長工程において、結晶成長温度を通常の６００℃に設定し、ＰＨ3 ガスの分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒに設定しても高濃度の不純物拡散領域２１１ａが形成されるのはいうまでもない。
【０１８４】
（第１７の参考例）
以下、本発明の第１７の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０１８５】
図２４は本発明の第１７の参考例に係る接合型電界効果トランジスタを示す図であって、（ａ）はその構成断面図であり、（ｂ）はその回路図である。図２４（ａ）において、２１８はＦｅがドープされた反絶縁性のＩｎＰよりなる基板、２１９は基板２１８の上に形成されたｎ型ＩｎＰよりなるチャネル層、２１９ａはチャネル層２１９の上面部に選択的に形成されたｐ型の第１の不純物拡散領域、２１９ｃは第１の不純物拡散領域２１９ａにより形成された第１の空乏層、２１９ｂはチャネル層２１９の上面部に選択的に形成されたｐ型の第２の不純物拡散領域、２１９ｄは第２の不純物拡散領域２１９ｂにより形成された第２の空乏層、２２０はチャネル層２１９を保護するエッチングストップ層、２２１はエッチングストップ層２２０の上における第１の不純物拡散領域２１９ａの上に選択的に形成された第１のゲート電極、２２２はエッチングストップ層２２０の上における第２の不純物拡散領域２１９ｂに選択的に形成された第２のゲート電極、２２３はエッチングストップ層２２０の上における、第１のゲート電極２２１と第１のゲート電極２２１のゲート長方向の反第２のゲート電極２２２側のエッチングストップ層２２０の端部との間に形成された第１のソース電極、２２４はエッチングストップ層２２０の上における、第２のゲート電極２２２と第２のゲート電極２２２との間に形成された第２のソース電極、２２５はエッチングストップ層２２０の上における、第２のゲート電極２２２と反第１のソース電極２２３側のエッチングストップ層２２０の端部との間に形成されたドレイン電極、２２６はエッチングストップ層２２０の表面を保護するパッシベーション膜である。
【０１８６】
図２４（ｂ）の回路図に示すように、第１のゲート電極２２１及び第１のソース電極２２３により形成されるトランジスタをＪＦＥＴ１と呼び、第２のゲート電極２２２及び第２のソース電極２２４により形成されるトランジスタをＪＦＥＴ２と呼ぶことにすると、ＪＦＥＴ１の第１のソース電極２２３とＪＦＥＴ２の第２のソース電極２２４が接続されているため、ＪＦＥＴ１はコンプリメント型、ＪＦＥＴ２はディプレッション型として動作する。
【０１８７】
すなわち、ＪＦＥＴ１は第１の空乏層２１９ｃが基板２１８に接していないため、第１のゲート電極２２１に逆バイアスを印加してスイッチングするのに対し、ＪＦＥＴ２は拡散が深いために既に第２の空乏層２１９ｄが基板２１８の上面と接しているため、第２のゲート電極２２２に順バイアスを印加して動作することになる。このＪＦＥＴ１とＪＦＥＴ２とからなる構造は演算素子の基本構造である。
【０１８８】
従来は、このように不純物拡散領域の深さが異なる複数のＦＥＴを構成する場合は拡散処理を２回に分けて行なっていた。その結果、１回目に実施した拡散領域が２回目の拡散処理においても熱処理されるため、１回目に実施した拡散領域の形状が劣化する問題を有していた。
【０１８９】
しかしながら、本参考例によると、ただ１回の結晶成長工程により、目的とする拡散深さを実現することができるため、拡散形状の劣化がないので、拡散の深さが異なる所望の不純物拡散領域を形成することができる。
【０１９０】
以下、第１７の参考例に係る接合型電界効果トランジスタの製造方法を説明する。
【０１９１】
まず、図２５（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、基板２１８の上に厚さが２μｍのチャネル層２１９とチャネル層２１９の上にエッチングストップ層２２０とを順次成長する。その後、エッチングストップ層２２０の上に全面にわたってＳｉＮよりなる絶縁膜を堆積した後、該絶縁膜の第１及び第２の不純物拡散形成領域に対してエッチングを行なって、各不純物拡散形成領域のゲート長方向の幅により所望の拡散濃度を与える膜厚比に設定した選択成長用マスクパターン２２７を形成する。本参考例の場合は第２の不純物拡散形成領域のゲート長方向の開口幅を第１の不純物拡散形成領域のゲート長方向の開口幅よりも小さくなるように設定している。
【０１９２】
次に、図２５（ｂ）に示すように、結晶成長温度を６００℃のままとし、拡散種Ｚｎの取り込み量を２×１０18ｃｍ-3として、エッチングストップ層２２０の上の第１の不純物拡散形成領域に第１の不純物供給層２２８Ａを成長させ、第２の不純物拡散形成領域に第２の不純物供給層２２８Ｂを成長させることにより、チャネル層２１９の第１の不純物拡散形成領域に第１の不純物拡散領域２１９ａとチャネル層２１９の第２の不純物拡散形成領域に第２の不純物拡散領域２１９ｂとを形成する。
【０１９３】
図１４及び図１５を用いて説明したように、第１及び第２の各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂはエッチングストップ層２２０の上において、選択成長用マスクパターン２２７の開口部である各不純物拡散形成領域にのみ成長することができるため、各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂの結晶の成長速度が選択成長用マスクのない状態に比べて速くなるので、拡散種Ｚｎの気相への再蒸発が抑制されることになり、これにより、各不純物供給層の拡散濃度は飽和点にまで達することになる。また、各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂからエッチングストップ層２２０を通してチャネル層２１９の上面部に飽和した拡散種Ｚｎが拡散することになるが、第２の不純物供給層２２８Ｂは、第２の不純物供給層２２８Ｂの方が第１の不純物供給層２２８Ａよりも開口幅の小さい領域に成長しており、膜厚が大きくなるため、図１５（ｃ）に示した関係により、チャネル層２１９の上面からの第２の不純物拡散領域２１９ｂの拡散距離は、第１の不純物拡散領域２１９ａの拡散距離よりも大きくなる。
【０１９４】
次に、図２５（ｃ）に示すように、各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂに対してＨＣｌとＨ3 ＰＯ4 との混合溶液を用いてエッチングを行なって各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂを除去した後、選択成長用マスクパターン２２７に対してＨＦとＮＨ4 Ｆとの混合溶液を用いてエッチングを行なって選択成長用マスクパターン２２７を除去してエッチングストップ層２２０を露出する。
【０１９５】
次に、図２５（ｄ）に示すように、エッチングストップ層２２０の各電極形成領域を除く領域にパッシベーション膜２２６を堆積した後、第１のゲート電極２２１、第２のゲート電極２２２、第１のソース電極２２３、第２のソース電極２２４及びドレイン電極２２５をそれぞれ所定の形成領域に蒸着する。
【０１９６】
本参考例においては選択成長領域である各不純物拡散形成領域の開口幅をそれぞれ変えることにより各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂの膜厚比を変えているが、開口幅を一定にしておいて選択成長用マスクパターン２２７のマスク幅を変えることによっても各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂの膜厚比を変化させることができるため、デバイスに必要な不純物拡散領域の大きさを設定できる。
【０１９７】
これにより、一回の不純物供給層の成長工程により、深い不純物拡散領域と浅い不純物拡散領域を形成できるため、不純物拡散領域の形状が優れているので、動作電圧が安定するモノリシック集積化された接合型電界効果トランジスタによる演算素子を得ることができる。
【０１９８】
（第１８の参考例）
以下、本発明の第１８の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０１９９】
図２６は本発明の第１８の参考例に係る接合型電界効果トランジスタを示す構成断面図である。図２６において、図２４（ａ）に示した接合型電界効果トランジスタと同一の部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図２６において、チャネル層２１９における第２の不純物拡散領域２１９ｆの拡散濃度は、第１の不純物拡散領域２１９ｅの拡散濃度よりも大きくなるように形成されているため、第１の不純物拡散領域２１９ｅにより形成される第１の空乏層２１９ｃは基板２１８に接しておらず、また、高濃度の第２の不純物拡散領域２１９ｆにより形成される第２の空乏層２１９ｄは基板２１８の上面と接している。
【０２００】
従って、本参考例の接合型電界効果トランジスタの回路図も図２４（ｂ）に示したのと同様の回路図となり、その結果、動作も同様となる。
【０２０１】
以下、第１８の参考例に係る接合型電界効果トランジスタの製造方法を説明する。
【０２０２】
前記第１７の参考例と異なる製造工程のみを説明すると、図２７（ｂ）に示す不純物供給層成長工程において、結晶成長温度を非鏡面成長温度である４００℃に、また、拡散種Ｚｎの取り込み量を４×１０18ｃｍ-3の高濃度にそれぞれ設定して、エッチングストップ層２２０の上の第１の不純物拡散形成領域に第１の不純物供給層２２８Ｃを成長させ、第２の不純物拡散形成領域に第２の不純物供給層２２８Ｄを成長させることにより、チャネル層２１９の第１の不純物拡散形成領域に第１の不純物拡散領域２１９ｅとチャネル層２１９の第２の不純物拡散形成領域に第２の不純物拡散領域２１９ｆとを形成する。その後、基板２１８全体を１０分間程度熱処理して各不純物拡散領域内の格子間拡散種Ｚｎｉを除去する。
【０２０３】
図１４及び図１６を用いて説明したように、第１及び第２の各不純物供給層２２８Ｃ，２２８Ｄはエッチングストップ層２２０の上において、選択成長用マスクパターン２２７の開口部である各不純物拡散形成領域にのみ成長することができるため、各不純物供給層２２８Ｃ，２２８Ｄの結晶の成長速度が選択成長用マスクのない状態に比べて速くなるので、拡散種Ｚｎの気相への再蒸発が抑制されることになり、これにより、各不純物供給層の拡散濃度はそれぞれの飽和点が上昇することになる。また、各不純物供給層２２８Ｃ，２２８Ｄからエッチングストップ層２２０を通してチャネル層２１９の上面部に拡散種Ｚｎが拡散することになるが、第２の不純物供給層２２８Ｄは、第２の不純物供給層２２８Ｄの方が第１の不純物供給層２２８Ｃよりも開口幅の小さい領域に成長しており、膜厚が大きくなるため、図１６（ｂ）に示した関係により、チャネル層２１９の第２の不純物拡散領域２１９ｆの拡散濃度は、第１の不純物拡散領域２１９ｅの拡散濃度よりも大きくなる。
【０２０４】
本参考例によると、非鏡面成長温度である４００℃という低温下で各不純物供給層２２８Ｃ，２２８Ｄを成長させているため、前記第１７の参考例と異なり格子間拡散種Ｚｎｉよりなる低濃度領域が形成されないという長所がある。
【０２０５】
これにより、一回の不純物供給層の成長工程により、濃度が異なる各不純物拡散領域を形成できると共に、格子間拡散種Ｚｎｉよりなる低濃度拡散領域が形成されないため、さらに不純物拡散領域の形状に優れているので、動作電圧が安定するモノリシック集積化された接合型電界効果トランジスタによる演算素子を得ることができる。
【０２０６】
なお、図２７（ｂ）に示す不純物供給層成長工程において、結晶成長温度を通常の６００℃に設定し、ＰＨ3 ガスの分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒに設定しても高濃度の各不純物拡散領域２１９ｅ及び２１９ｆが形成されるのはいうまでもない。
【０２０７】
この場合、格子間拡散種Ｚｎｉを除去するための熱処理は不要となる。
【０２０８】
（一実施形態）
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
【０２０９】
図２８は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の構成図及び特性図であって、（ａ）は半導体レーザ装置の構成断面図であり、（ｂ）は従来の電流阻止層とキャリアの流れとを示した模式断面図であり、（ｃ）は本実施形態に係る電流阻止層とキャリアの流れとを示した模式断面図であり、（ｄ）は電流と光出力との関係を示すグラフである。図２８（ａ）において、２２９はクラッド層でありＺｎがドープされたｐ型ＩｎＰよりなる基板、２３０はレーザビームを放射する活性層、２３１はｎ型ＩｎＰよりなり活性層２３０の短辺方向の周縁部を埋める埋込み層、２３２はｐ型ＩｎＰよりなり活性層２３０に流入するキャリアの効率を高める電流阻止層、２３３はｎ型クラッド層、２３４はｎ型ＩｎＰよりなりｎ型クラッド層２３３と電極とのオーミック接合を図るコンタクト層、２３５はｎ側電極形成膜、２３６はｐ側電極形成膜、２３７は電流阻止層２３２から拡散種のＺｎが拡散したＺｎドープ領域である。
【０２１０】
以下、本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
【０２１１】
まず、図２９（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、基板２２９の上に厚さが０．２μｍの活性層形成膜２３０Ａを堆積した後、活性層形成膜２３０Ａの上の活性層形成領域に短辺方向の幅が１．５μｍのストライプ状のＳｉＮよりなるマスクパターン２３８を選択的に形成する。
【０２１２】
次に、図２９（ｂ）に示すように、活性層形成膜２３０Ａ及び基板２２９に対してエッチングを行なってストライプ状の活性層２３０を形成する。
【０２１３】
次に、図２９（ｃ）に示すように、マスクパターン２３８を選択成長用のマスクとして膜厚が０．５μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰよりなる埋込み層２３１を成長させた後、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃に設定して、膜厚が１μｍで不純物濃度が４×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰよりなる電流阻止層２３２を成長させる。
【０２１４】
次に、図２９（ｄ）に示すように、マスクパターン２３８に対してエッチングを行なってこれを除去した後、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃に、ｎ型不純物濃度を５×１０17ｃｍ-3にそれぞれ設定して、活性層２３０及び電流阻止層２３２の上に全面にわたって膜厚が３μｍのｎ型クラッド層２３３を成長させる。
【０２１５】
次に、図２９（ｅ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に、ｎ型不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3にそれぞれ設定して、膜厚が０．５μｍのコンタクト層２３４を成長させる。
【０２１６】
次に、図２９（ｆ）に示すように、コンタクト層２３４の上に全面にわたってｎ側電極形成膜２３５を蒸着し、基板２２９の下面に全面にわたってｐ側電極形成膜２３６を蒸着する。
【０２１７】
図３０（ａ）は各製造工程における結晶成長温度プロファイルである。図３０（ａ）において、１２３は埋込み層成長工程、１２４は電流阻止層成長工程、１２５はクラッド層成長工程及び１２６はコンタクト層成長工程を表わしている。図３０（ａ）に示すように、電流阻止層成長工程１２４及びクラッド層成長工程１２５においては結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃に設定しているため、不純物濃度が４×１０18ｃｍ-3まで上昇しても飽和しないが、次のコンタクト層成長工程１２６において結晶成長温度を通常の６００℃に再設定するため、図１０を用いて説明したように、この高い結晶成長温度の熱処理効果によって、電流阻止層２３２の周縁部から拡散種Ｚｎが埋込み層２３１及びｎ型クラッド層２３３に拡散することにより、Ｚｎドープ層２３７が形成される。
【０２１８】
なお、図３０（ｂ）に示すように、電流阻止層成長工程１２４及びクラッド層成長工程１２５において、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃の低温にするのではなく、結晶成長温度は通常の６００℃にし、Ｖ族元素を含む原料ガスであるＰＨ3 の分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒに低下させても同様のＺｎドープ層２３７が形成されるのは前述したとおりである。
【０２１９】
従来は、図２８（ｂ）に示すように、電流阻止層２３２の結晶成長領域が不純物濃度の境界になっていたために、活性層２３０に十分に近づいておらず活性層２３０に注入されないキャリアが存在していた。
【０２２０】
一方、本実施形態によると、図２８（ｃ）に示すように、不純物の再拡散によって電流阻止層２３２の領域が増大してＺｎドープ層２３７が形成されるため、無効となるキャリアの流れを低減することができる。
【０２２１】
さらに、再拡散した埋込み層２３１及びｎ型クラッド層２３３には、ｎ型ドーパントも存在するため、補償されて高抵抗となるので、さらに無効なキャリアの流れが低減されることになる。
【０２２２】
その結果、図２８（ｄ）に示すように、従来のレーザ装置における電流曲線１２１によると、しきい値電流は２０ｍＡであり、１０ｍＷ程度の光出力でリーク電流の増大に伴う飽和傾向を示しているのに対し、本実施形態のレーザ装置における電流曲線１２２によると、しきい値電流が１５ｍＡに低減すると共に光出力の飽和現象も抑制されている。
【０２２３】
これにより、電流阻止層２３２が活性層２３０に近接していることにより無効電流が低減される半導体レーザ装置を得ることができる。
【０２２４】
（第１９の参考例）
以下、本発明の第１９の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０２２５】
図３１は本発明の第１９の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【０２２６】
本参考例においては、多重量子井戸構造を有する活性層（以下、ＭＱＷ活性層と略称する。）を形成した後、図１７に示した回折格子による高濃度ドーピング方法を用いて量子細線構造を形成する。この量子細線構造を有する活性層（以下、量子細線活性層と略称する。）を用いて量子細線レーザ装置又は利得結合型レーザ装置を得る。
【０２２７】
以下、第１９の参考例に係る量子細線レーザ装置及び利得結合型レーザ装置の製造方法を説明する。
【０２２８】
まず、図３１（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板２３９の上に全面にわたってヘテロ接合の、複数の井戸層と障壁層とを交互に積層したＭＱＷ活性層形成膜２４０Ａと、ＭＱＷ活性層形成膜２４０Ａの上にアンドープのＩｎＰよりなる回折格子形成膜２４１Ａとを順次成長させる。
【０２２９】
次に、図３１（ｂ）に示すように、回折格子形成膜２４１Ａの上面部に対して電子ビーム露光法及びドライエッチング法を用いて格子の周期が１０ｎｍから２００ｎｍ程度の凹部又は凸部を有する回折格子２４１Ｂを形成する。
【０２３０】
次に、図３１（ｃ）に示すように、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃にまで昇温し、昇温時からＰＨ3 とＤＭＺｎとの雰囲気に基板２３９を１０分間さらす熱処理を行なう。これにより、回折格子２４１Ｂの各凹部に拡散種Ｚｎの高濃度領域２４２が形成される。なお、ＰＨ3 の分圧を１×１０-3Ｔｏｒｒにまで下げても同様に高濃度領域２４２が形成されることはいうまでもない。
【０２３１】
次に、図３１（ｄ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定し、回折格子２４１Ｂの上に全面にわたってｐ型ＩｎＰよりなるクラッド層である回折格子埋込み層２４３Ａを成長させる。結晶成長温度を６００℃に設定しているため、ＭＱＷ活性層形成膜２４０Ａには、等間隔で且つ部分的に存在する高濃度領域２４２に含まれていた拡散種Ｚｎが拡散してくるので、各高濃度領域２４２に対応する、ＭＱＷ活性層形成膜２４０Ａが部分的かつ規則的に崩壊したＭＱＷ崩壊領域２４０ａが形成されることになる。これにより、ＭＱＷ活性層形成膜２４０Ａは、ＭＱＷ崩壊領域２４０ａにおいて利得が減少するので、量子細線活性層形成膜２４０Ｂに変わることになる。
【０２３２】
次に、図３１（ｅ）に示すように、回折格子埋込み層２４３Ａの上に長辺方向を光導波路層方向とし、幅が１．５μｍのストライプ状のＳｉＮよりなるマスクパターンを形成した後、回折格子埋込み層２４３Ａ、量子細線活性層形成膜２４０Ｂ及び基板２３９に対してエッチングを行なってストライプ状の量子細線活性層２４０Ｃを形成する。その後、マスクパターンを選択成長用のマスクとして膜厚が１μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰよりなる活性層埋込み層２４４と、膜厚が０．５μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰよりなる電流阻止層２４５を成長さた後、マスクパターンをエッチング除去する。その後、ｐ型不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3に設定して、回折格子埋込み層２４３Ａ及び電流阻止層２４５の上に全面にわたってｐ型ＩｎＰよりなるクラッド層２４６を成長させる。その後、ｐ型不純物濃度を５×１０18ｃｍ-3に設定して、ｐ型ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層２４７を成長させた後、コンタクト層２４７の上に全面にわたってｐ側電極形成膜２４８を蒸着し、続いて基板２３９の下面に全面にわたってｎ側電極形成膜２４９を蒸着する。
【０２３３】
前記の製造工程により以下に示す２通りの半導体レーザ装置が得られる。すなわち、図３１（ｅ）に示す半導体レーザ装置は、回折格子２４１Ｂが量子細線活性層２４０Ｃのストライプの長辺方向（導波路方向）に沿って形成されているため、利得結合型のＤＦＢレーザ装置が得られることになり、また、図３１（ｆ）に示す半導体レーザ装置は、回折格子２４１Ｂが量子細線活性層２４３Ｂのストライプの長辺方向（導波路方向）に対して垂直な方向に形成されているため、回折格子の周期を５０ｎｍ程度とすれば量子細線レーザが得られる。
【０２３４】
なお、回折格子２４１Ｂが量子細線活性層２４３Ｂのストライプの長辺方向（導波路方向）に沿って形成されていても、回折格子の周期を５０ｎｍ程度とすれば量子細線レーザが得られる。
【０２３５】
また、図３２はチャネル層に量子細線構造を有するＨ（＝Ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ）ＦＥＴの斜視図である。図３２において、２５０はＳｎがドープされたｎ型ＩｎＰよりなる基板、２５１は基板２５０の上に形成された量子細線構造を有するチャネル層、２５２は拡散種Ｚｎよりなる高濃度領域、２５１ａは高濃度領域２５２の拡散種が拡散してできたＭＱＷ崩壊領域、２５３はソース・ドレイン拡散領域、２５４はゲート電極である。
【０２３６】
量子細線構造を有するチャネル層は、図３１（ａ）〜（ｄ）に示した製造方法により形成することができる。チャネル層２５１が量子細線構造を有しているため、チャネル層内の電子の移動度が増大するので、ＦＥＴの高速化を図ることができる。
【０２３７】
さらに、歪量子井戸構造においては低温成長時にオーダリング構造が発生して発光特性が劣化するという問題を有していた。このオーダリング構造も拡散種Ｚｎの拡散により崩れるために、回折格子を用いた拡散種Ｚｎの拡散を行なうことによって、本参考例と同様に利得結合型ＤＦＢレーザ装置や量子細線レーザ装置を得ることができる。
【０２３８】
本参考例により、回折格子を用いてＭＱＷ層を部分的に崩壊したり、オーダリング構造を消滅させたりできるので、利得結合型ＤＦＢレーザ装置や量子細線レーザ装置が得られる。
【０２３９】
（第２０の参考例）
以下、本発明の第２０の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０２４０】
図３３は本発明の第２０の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【０２４１】
本参考例においては、ＭＱＷ活性層が製造時に破壊されることがない変調ドープ型の半導体レーザ装置とその製造方法とを説明する。
【０２４２】
以下、第２０の参考例に係る変調ドープ型半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
【０２４３】
まず、図３３（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板２５５の上に全面にわたってヘテロ接合の、複数の井戸層と拡散種をＺｎとする高濃度の不純物がドーピングされた障壁層とを交互に積層した変調ドープ活性層形成膜２５６Ａを成長させた後、変調ドープ活性層形成膜２５６Ａの上に長辺方向を光導波路層の方向とし、幅が１．５μｍのストライプ状のＳｉＮよりなるマスクパターン２５７を形成する。
次に、図３３（ｂ）に示すように、変調ドープ活性層形成膜２５６Ａ及び基板２５５に対してエッチングを行なってストライプ状の変調ドープ活性層２５６Ｂを形成する。
【０２４４】
次に、図３３（ｃ）に示すように、マスクパターン２５７を選択成長用のマスクとして膜厚が１μｍで不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰよりなる埋込み層２５８と、膜厚が０．５μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰよりなる電流阻止層２５９を成長さる。
【０２４５】
次に、図３３（ｄ）に示すように、マスクパターン２５７に対してエッチングを行なってこれを除去した後、結晶成長温度を非鏡面成長温度の５００℃とし、ｐ型不純物濃度を５×１０17ｃｍ-3に設定して、膜厚が０．５μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰよりなる拡散抑制層２６０を成長させる。その後、結晶成長温度を再度通常の６００℃に設定し、拡散抑制層２６０の上に全面にわたって膜厚が１μｍでｐ型不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰよりなるクラッド層２６１を成長させる。その後、ｐ型不純物濃度を５×１０18ｃｍ-3に設定して、ｐ型ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層２６２を成長させた後、コンタクト層２６２の上に全面にわたってｐ側電極形成膜２６３を蒸着し、基板２５５の下面に全面にわたってｎ側電極形成膜２６４を蒸着する。
【０２４６】
以上の製造工程を経て図３３（ｄ）に示す本発明に係る変調ドープ型半導体レーザ装置を得ることができる。
【０２４７】
図３４（ａ）に拡散抑制層成長工程１２７、クラッド層成長工程１２８及びコンタクト層成長工程１２９の各成長工程の結晶成長温度プロファイルを示す。
【０２４８】
なお、図３４（ｂ）に示すように、結晶成長温度ではなくＶ族ガスであるＰＨ3 の分圧を変化させても同様の効果を得ることができる。すなわち、拡散抑制層成長工程１２７においてのみＶ族ガスの分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒとし、それ以外の工程においてはＶ族ガスの分圧を通常の１×１０-2Ｔｏｒｒとすればよい。
【０２４９】
このように、拡散抑制層成長工程１２７において、拡散抑制層２６０が低温又は低分圧に設定され、且つ、ｐ型不純物濃度を飽和濃度の４分の１となる５×１０17ｃｍ-3で成長させるため、図６に示したように、格子間拡散種Ｚｎｉの発生が抑制されるので、変調ドープ活性層２５６Ｂの変調ドープ構造を壊すことがない。
【０２５０】
さらに、次のクラッド層成長工程１２８において、拡散抑制層２６０に対して拡散種Ｚｎの供給量が少ないため、拡散抑制層２６０の空孔濃度が上昇するので、拡散抑制層２６０は変調ドープ活性層２５６Ｂの近傍に拡散する格子間拡散種Ｚｎｉを捕獲することができる。
【０２５１】
従って、変調ドープ活性層２５６Ｂに格子間拡散種Ｚｎｉが拡散しないため、変調ドープ構造の消滅が抑制される。
【０２５２】
これにより、２×１０18ｃｍ-3程度の高濃度の変調ドープ構造が安定したまま形成されている変調ドープ型半導体レーザ装置を得ることができる。
【０２５３】
また、変調ドープ構造を実現するために添加するドーパントとしてはｐ型を示したが、ｎ型でもよい。
【０２５４】
なお、これまで説明したすべての実施形態及び参考例において、ＩｎＰ系化合物半導体の結晶を用いたが、その他の半導体結晶、例えばＳｉ系、ＧａＡｓ系、ＺｎＳｅＳ系、ＩｎＡｌＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系又はＩｎＧａＡｌＡｓＰ系等の半導体材料であってもよい。
【０２５５】
また、Ｚｎをドーパントとして使用しているが、Ｂｅ（ベリリウム），Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｓｅ（セレン），Ｓ（イオウ）、Ｔｅ（テルル）又はＣ（炭素）であってもよい。
【０２５６】
また、Ｖ族ガスを用いたが、非金属元素であるVI族又はVII 族であってもよい。
【０２５７】
半導体レーザ装置の構造をＤＨ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ）レーザとしたが、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｃｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザなど付加価値の高いレーザへの適応が可能である。また、活性層の構造をＰＢＨ（Ｐｌａｎｅｒ Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏ）タイプとしたが、その他の構造でもよい。
【０２５８】
さらに、本参考例においてはバルクタイプの活性層構造としたが、ＭＱＷ構造、歪ＭＱＷ構造、量子細線、量子箱構造よりなる活性層構造でもよい。また、光導波路層としてＩｎＧａＡｓＰを用いたが、ＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ）構造を有するＩｎＧａＡｓＰであってもよい。
【０２５９】
なお、本参考例においては、デバイスとして、レーザ装置、受光素子、ＪＦＥＴ及びＨＦＥＴとしたが、他のデバイス、例えば、光導波路、光スイッチ、ＨＥＭＴ及びＨＢＴ等であってもよい。
【０２６０】
また、結晶成長方法はＭＯＶＰＥ法としたが、ガスソースＭＢＥ、ＭＯＭＢＥ法のみならず、ハイドライドＶＰＥ法など他の成長方法を用いてもよい。また、半導体レーザ装置の製造方法と同様な方法により光導波路を作製することもできる。
【０２６１】
さらに、結晶基板の導電性としてｎ型基板を用いたが、高光出力レーザ装置とする場合にはｐ側電極の金属と半導体との接触抵抗を下げるためにｐ型基板が用いられる。この場合も添加元素はｐ型とすればよい。
【０２６２】
回折格子の形成方法もＥＢ法を用いたが、干渉露光法であってもよい。
【０２６３】
【発明の効果】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法によると、コンタクト層における結晶格子の空孔の濃度が上昇するため、不純物拡散濃度の飽和濃度が上昇する。また、コンタクト層の通常の成長条件における拡散種の飽和濃度よりも大きい濃度に拡散種を供給しているため、上昇した飽和濃度になるまで空孔に拡散種が捕獲されると共に格子間にも拡散種が入り込むので、コンタクト層は拡散種が高濃度にドーピングされることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は不純物濃度プロファイル図である。
【図２】本発明の第１の参考例に係る半導体結晶体の拡散距離に対する不純物供給量依存性を表わす特性図である。
【図３】本発明の第２の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＳＩＭＳ法による不純物濃度プロファイル図である。
【図４】本発明の第２の参考例に係る半導体結晶体の拡散濃度に対する結晶の成長温度依存性を表わす特性図である。
【図５】本発明の第３の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＳＩＭＳ法による不純物濃度プロファイル図である。
【図６】本発明の第３の参考例に係る半導体結晶体の高濃度領域及び低濃度領域の各拡散距離に対する結晶の成長温度依存性を表わす特性図である。
【図７】本発明の第４の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は格子置換型及び格子間型の各不純物濃度に対する不純物の取り込み量依存性を表わす特性図である。
【図８】本発明の第５の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は高濃度拡散後のホール濃度に対するＺｎドープ層の拡散種の取り込み量依存性を表わす特性図であり、（ｃ）は不純物濃度に対する不純物濃度の取り込み量依存性を表わす特性図である。
【図９】熱処理後のホール濃度に対するＺｎドープ層の拡散種の取り込み量依存性を表わす特性図である。
【図１０】本発明の第６の参考例に係る半導体結晶体の断面図及び結晶成長温度プロファイル図であって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は半導体結晶体の成長工程の結晶成長温度プロファイル図である。
【図１１】本発明の第７の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は格子置換型の拡散濃度に対するＶ族元素を含む原料ガス（＝ＰＨ3 ）の分圧及び拡散種の供給量依存性を表わす特性図である。
【図１２】本発明の第８の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は高濃度領域及び低濃度領域の各拡散距離に対するＶ族元素を含む原料ガス（＝ＰＨ3 ）の分圧依存性を表わす特性図である。
【図１３】本発明の第９の参考例に係る半導体結晶体の断面図及び結晶成長温度プロファイルであって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は半導体結晶体の成長工程のＰＨ3 分圧プロファイルである。
【図１４】本発明の第１０の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は選択成長前の基板の構成断面図であり、（ｂ）は選択成長後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は拡散濃度比に対する結晶の膜厚比依存性を表わす特性図である。
【図１５】本発明の第１１の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は選択成長後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散濃度比に対する結晶の膜厚比依存性を表わす特性図であり、（ｃ）は拡散距離に対する結晶の膜厚比依存性を表わす特性図である。
【図１６】本発明の第１２の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は選択成長後の基板の構成断面図であり、（ｂ）は拡散濃度比に対する結晶の膜厚比依存性を表わす特性図である。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１３の参考例に係る選択拡散による半導体結晶体の製造方法の工程順断面図であって、（ｄ）は熱処理工程及び埋込み工程の結晶成長温度プロファイル図である。
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１４の参考例に係る半導体結晶体の製造方法の工程順断面図である。
【図１９】本発明の第１５の参考例に係る半導体レーザ装置の構成図及び特性図であって、（ａ）は半導体レーザ装置の構成断面図であり、（ｂ）はコンタクト抵抗に対するコンタクト層のキャリア濃度依存性を表わす特性図である。
【図２０】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１５の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順断面図である。
【図２１】本発明の第１５の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法のプロファイル図であって、（ａ）は結晶成長温度プロファイルを表わし、（ｂ）は原料ガスの分圧プロファイルを表わす。
【図２２】本発明の第１６の参考例に係る半導体受光素子の構成図及び特性図であって、（ａ）は半導体受光素子の構成断面図であり、（ｂ）はリーク電流に対する逆方向電圧（＝逆バイアス）依存性を表わす特性図である。
【図２３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１６の参考例に係る半導体受光素子の製造方法の工程順断面図である。
【図２４】本発明の第１７の参考例に係る接合型電界効果トランジスタを示す図であって、（ａ）は構成断面図であり、（ｂ）は回路図である。
【図２５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１７の参考例に係る接合型電界効果トランジスタの製造方法の工程順断面図である。
【図２６】本発明の第１８の参考例に係る接合型電界効果トランジスタを示す構成断面図である。
【図２７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１８の参考例に係る接合型電界効果トランジスタの製造方法の工程順断面図である。
【図２８】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の構成図及び特性図であって、（ａ）は構成断面図であり、（ｂ）は従来の電流阻止層とキャリアの流れとを示した模式断面図であり、（ｃ）は本実施形態に係る電流阻止層とキャリアの流れとを示した模式断面図であり、（ｄ）は光出力に対する電流依存性を表わす特性図である。
【図２９】（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順断面図である。
【図３０】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法のプロファイル図であって、（ａ）は結晶成長温度プロファイルを表わし、（ｂ）は原料ガスの分圧プロファイルを表わす。
【図３１】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１９の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順断面図である。
【図３２】本発明の第１９の参考例に係る量子細線構造のチャネル層を有する電界効果トランジスタの斜視図である。
【図３３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２０の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順断面図である。
【図３４】本発明の第２０の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法のプロファイル図であって、（ａ）は結晶成長温度プロファイルを表わし、（ｂ）は原料ガスの分圧プロファイルを表わす。
【図３５】従来の開管拡散法による拡散深さに対する拡散時間依存性を表わす特性図である。
【符号の説明】
１１ 基板
１２ アンドープ層
１２ 第１のアンドープ層
１２ａ 高濃度領域
１２ｂ 低濃度領域
１３ Ｚｎドープ層
１４ 第２のアンドープ層
１５ Ｚｎドープ領域
１６ マスクパターン
１７ 高濃度結晶層
１７ａ 高濃度拡散領域
１８ 中濃度結晶層
１８ａ 中濃度拡散領域
１９ 低濃度結晶層
１９ａ 低濃度拡散領域
１１ａ 選択成長領域
１１ｂ 通常の成長領域
１１ｃ マスク領域
１１ｄ マスク領域
１１ｅ マスク領域
２７ 高濃度領域
２８ エッチングストップ層
１１０ 結晶成長工程
１１１ 熱処理工程
１１４ 熱処理工程
１１５ 埋込み工程
１１６ ｐ型クラッド成長工程
１１７ コンタクト層成長工程
１１８ 熱処理工程
１２３ 埋込み層成長工程
１２４ 電流阻止層成長工程
１２５ クラッド層成長工程
１２６ コンタクト層成長工程
１２７ 拡散抑制層成長工程
１２８ クラッド層成長工程
１２９ コンタクト層成長工程
２０１ 基板
２０２ 活性層
２０３ 埋込み層
２０４ 電流阻止層
２０５ ｐ型クラッド層
２０６ コンタクト層
２０７ ｐ側電極形成膜
２０８ ｎ側電極形成膜
２１０ 基板
２１１ 活性層
２１１ａ ｐ型不純物拡散領域
２１２ エッチングストップ層
２１３ ｐ側電極
２１４ ｎ側電極形成膜
２１５ パッシベーション膜
２１６ マスクパターン
２１７ 不純物供給層
２１８ 基板
２１９ チャネル層
２１９ａ 第１の不純物拡散領域
２１９ｂ 第２の不純物拡散領域
２１９ｃ 第１の空乏層
２１９ｄ 第２の空乏層
２１９ｅ 第１の不純物拡散領域
２１９ｆ 第２の不純物拡散領域
２２０ エッチングストップ層
２２１ 第１のゲート電極
２２２ 第２のゲート電極
２２３ 第１のソース電極
２２４ 第２のソース電極
２２５ ドレイン電極
２２６ パッシベーション膜
２２７ マスクパターン
２２８Ａ 第１の不純物供給層
２２８Ｂ 第２の不純物供給層
２２８Ｃ 第１の不純物供給層
２２８Ｄ 第２の不純物供給層
２２９ 基板
２３０ 活性層
２３０Ａ 活性層形成膜
２３１ 埋込み層
２３２ 電流阻止層
２３３ ｎ型クラッド層
２３４ コンタクト層
２３５ ｎ側電極形成膜
２３６ ｐ側電極形成膜
２３７ Ｚｎドープ領域
２３８ マスクパターン
２３９ 基板
２４０Ａ ＭＱＷ活性層形成膜
２４０ａ ＭＱＷ崩壊領域
２４０Ｂ 量子細線活性層形成膜
２４０Ｃ 量子細線活性層
２４１Ａ 回折格子形成膜
２４１Ｂ 回折格子
２４２ 高濃度領域
２４３Ａ 回折格子埋込み層
２４４ 活性層埋込み層
２４５ 電流阻止層
２４６ クラッド層
２４７ コンタクト層
２４８ ｐ側電極形成膜
２４９ ｎ側電極形成膜
２５０ 基板
２５１ チャネル層
２５１ａ ＭＱＷ崩壊領域
２５２ 高濃度領域
２５３ ソース・ドレイン拡散領域
２５４ ゲート電極
２５５ 基板
２５６Ａ 変調ドープ活性層形成膜
２５６Ｂ 変調ドープ活性層
２５７ マスクパターン
２５８ 埋込み層
２５９ 電流阻止層
２６０ 拡散抑制層
２６１ クラッド層
２６２ コンタクト層
２６３ ｐ側電極形成膜
２６４ ｎ側電極形成膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、大口径、且つ、高不純物濃度を有する化合物よりなる半導体結晶体を用いた半導体レーザ装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体結晶体、とりわけIII-Ｖ族を代表とする化合物半導体に対して行なう不純物拡散処理は閉管拡散法により行われており、不純物の拡散深さは拡散処理に要する処理時間により制御されてきた。この場合は、拡散濃度は拡散炉の温度と不純物拡散の材料である拡散種の量とによって決まるが、拡散炉の温度や拡散種の量のばらつきによる影響を大きく受けるため、通常必要とされる以上の拡散種を供給することにより、拡散の対象とする半導体材料に固有の飽和濃度にまで拡散濃度を上昇させていた。
【０００３】
しかしながら、閉管拡散法においては拡散処理を行なうたびにその都度半導体試料を閉管内に封入する必要があるため、半導体試料の大口径化には対応できなかった。
【０００４】
そこで、近年、「粕川昭彦他、１９９２年秋期応用物理学学術講演会、１８ｐ−Ｖ−２」にも示されている開管拡散法が注目されてきている。
【０００５】
開管拡散法は半導体試料を反応させるための反応管の径を閉管よりも大きくして大口径の半導体試料を扱えるようにしている。
【０００６】
図３５は従来の開管拡散法による拡散時間と拡散深さとの相関関係を示しており、拡散時間の平方根と拡散深さは比例していることが分かる。不純物の拡散種をジメチル亜鉛（ＤＭＺ）とし、供給量を６．５×１０-6ｃｍ-3、反応温度を５００度として測定している。なお、図３５に示す白丸はＣ−Ｖ法によりホールの数を測定し、黒丸は２次元イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法により亜鉛の数を測定したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の開管拡散法は、図３５に示すように、拡散深さの時間依存性が明らかになった程度であり、十分な制御性が得られていない。従って、拡散濃度の制御が困難であるという問題を有しており、これにより、半導体結晶中に低濃度拡散領域が形成されるという問題や、半導体結晶の界面からの拡散距離又は拡散濃度を制御できないという問題を有していた。
【０００８】
さらに、拡散処理中は常に排気しながら真空度を保つ必要があり、閉管拡散法によるよりもその真空度を高くできないため、不純物濃度は閉管拡散法に比べて小さくなったり、拡散後の表面状態が悪化したりするという問題をも有していた。
【０００９】
本発明は前記従来の問題を解決し、大口径の半導体結晶体に、鏡面状態で且つ高濃度の不純物拡散を行なえるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、拡散の対象とする半導体結晶体の上に、拡散処理の反応条件における温度又は圧力を下げることにより不純物が高濃度にドーピングされた結晶層を成長させながら、拡散対象の前記半導体結晶体に固相拡散により不純物拡散を行なうものである。
【００１１】
具体的に、本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、基板の上に活性層形成膜を成長させる活性層形成膜成長工程と、活性層形成膜に対してエッチングを行なってストライプ状の活性層を形成する活性層形成工程と、基板の上における活性層の短辺方向の周縁部を埋める埋込み層を成長させる埋込み層成長工程と、電流阻止層を成長する電流阻止層成長工程と、活性層及び電流阻止層の上に全面にわたってクラッド層を成長するクラッド層成長工程と、不純物拡散の拡散種が原料に供給され、活性層及び埋込み層の上に全面にわたって電極とのオーミック接合を図るコンタクト層を成長させるコンタクト層成長工程と、コンタクト層の上に電極形成膜を蒸着する蒸着工程とを備え、コンタクト層成長工程は、コンタクト層の成長界面が鏡面状態となる第１の結晶成長温度よりも低い第２の結晶成長温度で且つコンタクト層の第１の結晶成長温度の成長条件における拡散種の飽和濃度よりも大きい濃度に該拡散種を供給する成長条件でコンタクト層を成長させ、電流阻止層成長工程は、不純物拡散の拡散種が原料に供給され、電流阻止層の成長界面が鏡面状態となる第１の結晶成長温度よりも低い第２の結晶成長温度で且つ電流阻止層の第１の結晶成長温度の成長条件における拡散種の飽和濃度よりも大きい濃度に該拡散種を供給する成長条件で電流阻止層を成長させ、電流阻止層成長工程の後には、第１の結晶成長温度で基板を加熱して、埋込み層及び電流阻止層の界面から埋込み層中に電流阻止層中の拡散種を固相拡散させる拡散工程とを備えている。
【００１２】
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によると、コンタクト層成長工程において、コンタクト層の成長界面が鏡面状態となる第１の結晶成長温度よりも低い第２の結晶成長温度に設定されているため、半導体の原料の分解効率が低下するので、コンタクト層における結晶格子の空孔の濃度が上昇することになり、従って、不純物拡散濃度の飽和濃度が上昇する。さらに、コンタクト層の第１の結晶成長温度の成長条件における拡散種の飽和濃度よりも大きい濃度に拡散種を供給しているため、上昇した飽和濃度になるまで空孔に拡散種が捕獲されると共に格子間にも拡散種が入り込むことになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、結晶体における拡散の基本概念を説明すると、高濃度拡散とは、拡散種が結晶を構成する原子が欠けた空孔を次々に置換して移動する現象であり、低濃度拡散とは、空孔と結びつかない拡散種が結晶内の格子間を移動する現象である。以後、前者を格子置換型拡散種と呼び、後者を格子間拡散種と呼ぶことにする。なお、高濃度拡散の飽和濃度とは、所定の条件下において、空孔が格子置換型拡散種によってすべて置換されている状態と考えても差し支えがない。
【００１４】
これにより、高濃度の不純物拡散を行なうには空孔の濃度を高くすればよいことが分かる。
【００１５】
III-Ｖ族元素よりなる化合物半導体を例にとると、拡散工程において以下の論理が成り立つ。
【００１６】
１．結晶を構成する原子の空孔、例えば、Ｖ族元素の空孔濃度を高める。
【００１７】
２．１はＶ族元素の分圧を下げることにより実現できる。
【００１８】
３．２はＶ族元素を含む原料ガスの分解効率を下げるか、または原料ガスの流量を減らすかすることにより実現できる。
【００１９】
４．３は結晶成長温度を下げるか、またはＶ族元素を含む原料ガスの流量を下げるかすることにより実現できる。
【００２０】
従って、本発明は、前記の項目番号４．を実施し、Ｖ族元素の空孔濃度を高めることにより、高濃度に不純物が拡散した半導体結晶体が得られると共に、該半導体結晶体を用いた固相拡散を制御して、表面状態の良好な高濃度の半導体結晶体を得られるようにする。
【００２１】
以下、不純物拡散領域の制御性を説明するために、結晶成長温度と拡散種の供給量と拡散距離との関係を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１の参考例）
第１の参考例においては、成長界面が鏡面状態となる第１の結晶成長温度としての通常の結晶成長温度に設定し、拡散種の供給量を変化させた場合の拡散距離を測定する。
【００２３】
図１は本発明の第１の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図、及び（ｃ）は不純物濃度プロファイルを示したグラフである。なお、本参考例においては、III-Ｖ族元素よりなる化合物半導体としてＩｎＰ（インジウムリン）を用い、不純物の拡散種としてｐ型のドーパントであるＺｎ（亜鉛）を用いた。他の参考例及び実施形態においても同様である。
【００２４】
図１（ａ）において、１１はＳｎ（スズ）がドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００２５】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００２６】
まず、半導体の原料として、III 族元素を含む有機金属からなる化合物にＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）及びＶ族元素を含む化合物にＰＨ3 （ホスフィン）を用い、不純物拡散種の原料としてII族元素のＺｎを含む有機金属からなる化合物であるＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）を用いた。
【００２７】
気相成長法としてＭＯＶＰＥ法を用い、半導体結晶の成長界面に鏡面状態が得られる成長温度である通常の６００℃に結晶成長温度を設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に１×１０18ｃｍ-3の濃度の拡散種Ｚｎをドープした厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【００２８】
Ｚｎドープ層１３のＺｎ濃度として、他に２×１０18ｃｍ-3の場合と５×１０18ｃｍ-3の場合とを実験した。
【００２９】
次に、図１（ｂ）に示すように、Ｚｎドープ層１３とアンドープ層１２の界面からアンドープ層１２に拡散種であるＺｎが拡散することにより、アンドープ層１２中に界面からの深さ１μｍの高濃度領域１２ａと高濃度領域１２ａよりも下方（図中においては右方を示す。以下同じ。）に厚さが０．８μｍの低濃度領域１２ｂが形成された。
【００３０】
図１（ｃ）は２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法を用いたＺｎ濃度プロファイルを示している。拡散種Ｚｎが５×１０18ｃｍ-3の濃度で供給された場合の直線１０１に示すように、アンドープ層１２における高濃度領域のＺｎ濃度は２×１０18ｃｍ-3でアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの高濃度拡散距離Ｄｓは１μｍとなり、アンドープ層１２における低濃度領域のＺｎ濃度は０．５×１０18ｃｍ-3でありアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの低濃度拡散距離Ｄｉは１．８μｍとなる。
【００３１】
このように、結晶成長温度が通常の６００℃の場合には、拡散種Ｚｎの取り込み量がＩｎＰにおける拡散種Ｚｎの通常の成長条件下の飽和濃度である２×１０18ｃｍ-3を越える場合には低濃度領域が形成されることが分かる。
【００３２】
一方、拡散種Ｚｎが１×１０18ｃｍ-3で供給された場合の直線１０２に示すように、Ｚｎ濃度は供給量と同程度であって飽和濃度以下となり拡散は観測されなかった。
【００３３】
同様に、拡散種Ｚｎが２×１０18ｃｍ-3で供給された場合の直線１０３に示すように、Ｚｎ濃度は供給量と同値の飽和濃度となり拡散は観測されなかった。
【００３４】
図２はＺｎドープ層１３へのＺｎ供給量に対するアンドープ層１２の高濃度領域の拡散距離Ｄｓ及び低濃度領域の拡散距離Ｄｉを表わしている。拡散種Ｚｎの供給量が２×１０18ｃｍ-3を越えると拡散が発生し、拡散種Ｚｎの供給量が増加するにつれて拡散距離が増大している。
【００３５】
これにより、結晶成長温度（＝Ｔｇ）が６００℃の場合は、Ｚｎドープ層１３に対する拡散種Ｚｎの供給量によって界面からの拡散距離を制御できることがわかる。
【００３６】
（第２の参考例）
第２の参考例は、拡散種の供給量を結晶の成長界面に鏡面状態が得られる第１の結晶成長温度の成長条件における飽和濃度以上に設定し、この通常の第１の結晶成長温度の場合と、第１の結晶成長温度よりも低く成長界面に鏡面状態が得られない第２の結晶成長温度としての非鏡面成長温度の場合との拡散距離をそれぞれ測定する。
【００３７】
以下、第１の結晶成長温度を通常の結晶成長温度と呼び、第２の結晶成長温度を非鏡面成長温度と呼ぶことにする。
【００３８】
図３は本発明の第２の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＳＩＭＳ法による不純物濃度プロファイルを示したグラフである。
【００３９】
図３（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００４０】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００４１】
まず、結晶成長温度を非鏡面成長温度である４２０℃に設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に５×１０18ｃｍ-3の濃度の拡散種Ｚｎを供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【００４２】
図３（ｂ）には比較のために結晶成長温度が通常の６００℃の場合の結果も示している。Ｃｓは格子置換型拡散種の濃度を表わし、Ｃｉは格子間拡散種の濃度を表わしている。前記第１の参考例において説明したように、結晶成長温度を６００℃に設定して成長させた場合の直線１０４に示すように、アンドープ層１２における高濃度領域のＺｎ濃度は２×１０18ｃｍ-3でありアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの拡散距離は１μｍとなり、アンドープ層１２における低濃度領域のＺｎ濃度は０．５×１０18ｃｍ-3でありアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの拡散距離は１．８μｍとなる。
【００４３】
一方、結晶成長温度を４２０℃に設定して成長させた場合の直線１０５に示すように、Ｚｎドープ層１３のＺｎ濃度は４×１０18ｃｍ-3となると共に、アンドープ層１２中の高濃度領域１２ａのＺｎ濃度も４×１０18ｃｍ-3となりアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの拡散距離は０．４μｍとなった。アンドープ層１２には低濃度領域は形成されず、Ｚｎ濃度は高濃度領域とアンドープとの境界で急峻に変化している。
【００４４】
図４は高濃度領域のＺｎ濃度の成長温度依存性を表わしている。横軸はアンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長温度であり、縦軸はアンドープ層１２中のＺｎ拡散濃度である。Ｃsmaxは所定の成長温度におけるアンドープ層１２の格子置換型拡散種の最大置換量であり、ＣznはＺｎドープ層１３のＺｎ取り込み量である。
【００４５】
図４はＺｎドープ層１３に濃度Ｃznの拡散種Ｚｎがドープされた場合に、アンドープ層１２に対してどれだけの量の拡散種Ｚｎが拡散するかを示している。結晶成長温度を５００℃以上に上げていくと、Ｚｎドープ層１３の拡散種Ｚｎの飽和濃度が減少すると共に、アンドープ層１２に拡散するＺｎ濃度も減少する。逆に、結晶成長温度を５００℃以下にすると、アンドープ層１２の拡散種Ｚｎの飽和濃度が上昇し、結晶成長温度を４００℃とした場合にはアンドープ層１２の拡散種Ｚｎの飽和濃度は５×１０18ｃｍ-3以上に増大する。
【００４６】
これにより、結晶成長温度によってアンドープ層１２における拡散種Ｚｎの飽和濃度を制御することができる。
【００４７】
（第３の参考例）
第３の参考例は、拡散種の供給量を通常の成長条件における飽和濃度以上に設定し、成長界面が鏡面状態となる通常の結晶成長温度の場合と、通常の結晶成長温度よりも低い非鏡面成長温度の場合との拡散距離をそれぞれ測定する。
【００４８】
前記第２の参考例においては拡散濃度の温度依存性を説明したが、本参考例においては拡散距離の温度依存性を説明する。
【００４９】
図５は本発明の第３の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図、（ｂ）はＳＩＭＳ法による不純物濃度プロファイルを示したグラフである。
【００５０】
図５（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００５１】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００５２】
まず、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４５０℃に設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に７×１０18ｃｍ-3の濃度の拡散種Ｚｎを供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【００５３】
図５（ｂ）に示すように、結晶成長温度を４５０℃に設定して成長させた場合の直線１０６に示すように、アンドープ層１２の高濃度領域のＺｎ濃度は３×１０18ｃｍ-3でありアンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの拡散距離は０．４μｍとなった。結晶成長温度が通常の６００℃の場合の直線１０７に示すように、高濃度領域のＺｎ濃度は２×１０18ｃｍ-3で拡散距離は１μｍとなり、低濃度領域のＺｎ濃度は０．５×１０18ｃｍ-3で拡散距離は１．８μｍとなる。Ｄｓは高濃度拡散距離を表わし、Ｄｉは低濃度拡散距離を表わしている。
【００５４】
図６は高濃度領域及び低濃度領域の各拡散距離の成長温度依存性を表わしている。図６に示すように、結晶成長温度が４００℃から５００℃までの間は温度が上昇するにつれて高濃度拡散距離Ｄｓが増加し、結晶成長温度が５００℃を越えると低濃度領域が発生するため、低濃度拡散距離距離Ｄｉが高濃度拡散距離Ｄｓよりも大きくなる。
【００５５】
これにより、結晶成長温度によってアンドープ層１２における拡散種Ｚｎの拡散距離を制御することができる。
【００５６】
ここで、拡散種をＺｎとする拡散領域を微視的に観察すると、高濃度拡散距離ＤｓはＺｎ原子よりなる格子置換型拡散種の拡散距離であり、低濃度拡散距離ＤｉはＺｎ原子よりなる格子間拡散種の拡散距離である。また、低濃度領域はＺｎ原子よりなる格子間原子で構成され、高濃度領域はＺｎ原子よりなる置換型原子により構成されている。高濃度領域においては、空孔の拡散が速く、格子間原子の拡散が遅い。逆に、低濃度領域においては、格子間原子の拡散の方が空孔の拡散よりも速いので、空孔が拡散した領域までが高濃度領域となり、空孔が拡散していない格子間原子のみの領域が低濃度領域となる。
【００５７】
従って、結晶成長温度が５００℃よりも低い場合は、空孔の拡散速度が大きいため、正常な結晶構造が得られないので、成長界面が鏡面状態にはなり得ない。
【００５８】
これにより、非鏡面成長温度により成長した高不純物濃度を有するＺｎドープ層１３から、拡散種Ｚｎが固相拡散するアンドープ層１２の拡散領域には、格子間に位置する拡散種のみからなる低濃度拡散領域が存在しないことが分かる。
【００５９】
（第４の参考例）
第４の参考例は、結晶成長温度と拡散種の供給量とを変化させた場合の拡散濃度の変化を測定する。
【００６０】
図７は本発明の第４の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図、（ｂ）は拡散種の供給量と不純物濃度との関係を表わすグラフである。
【００６１】
図７（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００６２】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００６３】
まず、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４２０℃に設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。さらに、比較のために、結晶成長温度を通常の６００℃に設定した場合も測定した。
【００６４】
図７（ｂ）において、横軸は拡散種Ｚｎの供給量を表わし、縦軸はアンドープ層１２に拡散される拡散種Ｚｎの濃度を表わす。また、Ｚｎｓは格子置換型拡散種であり、Ｚｎｉは格子間拡散種である。図７（ｂ）に示すように、拡散種Ｚｎの供給量が増えるにつれて、格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度もほぼ比例して増えていく。さらに拡散種Ｚｎの供給量を増やしていき、結晶成長温度によって決まる結晶の飽和濃度に達すると格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度は飽和する。
【００６５】
結晶成長温度を非鏡面温度の４２０℃に設定した場合の曲線１０８Ａは約５×１０18ｃｍ-3となる濃度で飽和に達し、結晶成長温度を通常の６００℃に設定した場合の曲線１０９Ａは約２×１０18ｃｍ-3となる濃度で飽和に達する。
【００６６】
曲線１０８Ａが飽和濃度に達すると曲線１０８Ｂに示す格子間拡散種Ｚｎｉが発生し始め、同様に、曲線１０９Ａが飽和濃度に達すると曲線１０９Ｂに示す格子間拡散種Ｚｎｉが発生し始める。
【００６７】
図７に示すように、結晶成長温度を５００℃以下の低温にして成長させた場合は、Ｖ族元素の空孔濃度が上昇するため、格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度の増加量は５００℃以上の温度にして成長させた場合に比べて大きな値をとる。
【００６８】
これにより、結晶成長温度と拡散種Ｚｎの供給量とによって格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度及び格子間拡散種Ｚｎｉの濃度を制御することができる。
【００６９】
（第５の参考例）
第５の参考例は、第２の半導体結晶層であるＺｎドープ層における拡散種の取り込み量とホール濃度との関係を測定する。
【００７０】
図８は本発明の第５の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＺｎドープ層の拡散種の取り込み量とホール濃度との関係を表わすグラフであり、（ｃ）は拡散種の取り込み量と拡散濃度との関係を表わすグラフである。
【００７１】
図８（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００７２】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００７３】
まず、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４２０℃に設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを５×１０18ｃｍ-3の濃度で供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【００７４】
図８（ｂ）はＶＤＰ（ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕｗ）法により測定したＺｎドープ層１３におけるホール濃度のＺｎ取り込み量依存性を示している。ホール濃度はＺｎ取り込み量が増すにつれて増加するが、Ｚｎ取り込み量が３×１０18ｃｍ-3に達したときにホール濃度も３×１０18ｃｍ-3程度となり、さらにＺｎ取り込み量を増加させると逆にホール濃度は低下した。
【００７５】
これは、図８（ｃ）に示すように、Ｚｎドープ層１３のＺｎの取り込み量を３×１０18ｃｍ-3以上に増やした場合は、格子間拡散種Ｚｎｉが発生するためである。結晶格子の空孔に位置する格子置換型拡散種Ｚｎｓはホールとして作用し、格子間に位置するＺｎｉはドナーとして作用するため、Ｚｎｉによりホールが補償されるので、ホール濃度が低下することになる。従って、拡散種Ｚｎの飽和濃度は４２０℃の成長温度においては５×１０18ｃｍ-3であるのに対し、ホール濃度はＺｎｉが発生するため、３×１０18ｃｍ-3の濃度で飽和してしまう。
【００７６】
このホール濃度の低下を抑制するには、Ｚｎドープ層１３からアンドープ層１２に格子間拡散種Ｚｎｉを拡散させることによって除去すればよい。
【００７７】
すなわち、図９（ａ）に示すように、通常の結晶成長温度である６００℃に図８（ａ）に示す結晶体に対して５分間程度の熱処理を行なうことにより、Ｚｎドープ層１３の格子間拡散種Ｚｎｉはアンドープ層１２の高濃度領域１２ａに拡散除去される。
【００７８】
図９（ｂ）に示すように、熱処理前には拡散種Ｚｎの濃度が３×１０18ｃｍ-3になると飽和していたのに対し、５×１０18ｃｍ-3までホール濃度を向上させることができる。
【００７９】
これにより、６００℃の熱処理によってホール濃度の低下を緩和することができるため、拡散種Ｚｎの飽和濃度と同程度のホール濃度を得ることができる。
【００８０】
（第６の参考例）
第６の参考例は、Ｚｎドープ層の上にも第２のアンドープ層を成長した後、通常の結晶成長温度により熱処理を行なって、第２のアンドープ層にも固相拡散を行なう。
【００８１】
図１０は本発明の第６の参考例に係る半導体結晶体の断面図及び結晶成長温度プロファイルであって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は半導体結晶体の結晶成長温度プロファイルである。
【００８２】
図１０（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍの第１のアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層、１４は第３の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍの第２のアンドープ層である。結晶の成長方向は基板１１から第２のアンドープ層１４に向かう方向である。
【００８３】
以下、本参考例に係る半導体結晶体の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００８４】
まず、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４５０℃に設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍの第１のアンドープ層１２と、第１のアンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを４×１０18ｃｍ-3の濃度で供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３と、Ｚｎドープ層１３の上に厚さが２μｍの第２のアンドープ層１４とを順次成長させた。
【００８５】
次に、図１０（ｂ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に昇温し、Ｖ族元素のＡｓ（ヒ素）雰囲気中において半導体結晶体に３０分間の熱処理を行なうと、Ｚｎドープ領域１５がＺｎドープ層１３と第１のアンドープ層１２の界面から第１のアンドープ層１２に拡散して形成されると共に、Ｚｎドープ層１３と第２のアンドープ層１４の界面から第２のアンドープ層１４にも拡散して形成される。
【００８６】
Ｚｎドープ層１３のＺｎ濃度は３×１０18ｃｍ-3となり、第１のアンドープ層１２及び第２のアンドープ層１４のＺｎｓ濃度はともに２×１０18ｃｍ-3で拡散深さは０．５μｍとなった。また、第１のアンドープ層１２及び第２のアンドープ層１４の各高濃度領域の先に低濃度領域が０．２μｍの厚さに形成された。
【００８７】
これは、Ｚｎドープ層１３中に存在していた格子間拡散種Ｚｎｉが温度上昇により第１のアンドープ層１２及び第２のアンドープ層１４に拡散したためである。
【００８８】
これにより、図１０（ｃ）に示すように、結晶成長工程１１０において結晶の成長界面に鏡面状態が得られない非鏡面成長温度に設定してＺｎ供給層であるＺｎドープ層１３を成長し、その後、熱処理工程１１１において半導体結晶体を加熱することにより、Ｚｎドープ層１３から第１のアンドープ層１２のみならず第２のアンドープ層１４にも拡散種Ｚｎが拡散した半導体結晶体を得ることができる。
【００８９】
（第７の参考例）
前記第１〜６の各参考例は、結晶成長温度を下げることによりＶ族元素の空孔濃度を高めることを行なったが、本参考例はもう１つの条件であるＶ族元素を含む原料ガスの流量を下げ、Ｖ族元素の分圧を下げることによりＶ族元素の空孔濃度を高め、高濃度拡散を行なう。
【００９０】
図１１は本発明の第７の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＶ族元素を含む原料ガスの分圧、拡散濃度及び拡散種の供給量の関係を表わすグラフである。
【００９１】
図１１（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【００９２】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【００９３】
まず、結晶成長温度を通常の６００℃に、Ｖ族元素を含む原料ガスであるＰＨ3 の分圧を１×１０-3Ｔｏｒｒ以下にそれぞれ設定し、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを４×１０18ｃｍ-3の濃度で供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【００９４】
図１１（ｂ）に示すように、Ｚｎドープ層１３とアンドープ層１２との界面からアンドープ層１２に固相拡散する際の格子置換型拡散種の拡散濃度Ｃs はＰＨ3 の分圧に依存する。
【００９５】
すなわち、Ｚｎドープ層１３のＺｎ取り込み量Ｃznが２×１０18ｃｍ-3以下の場合は、拡散濃度Ｃs はＺｎ取り込み量Ｃznと同程度の値を示し、Ｚｎドープ層１３のＺｎ取り込み量Ｃznが２×１０18ｃｍ-3以上の場合は、拡散種ＺｎのＩｎＰにおける飽和濃度がＰＨ3 分圧の低下にともなって上昇する。その結果、ＰＨ3 分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒ以下まで下げた場合には、結晶成長温度が通常の６００℃のままであっても４×１０18ｃｍ-3の高濃度のＺｎ濃度が得られた。
【００９６】
Ｚｎ濃度や拡散距離を結晶成長温度により制御する場合は、結晶成長温度が安定するまでに５分程度の時間が必要となるが、原料ガスの圧力を変化させることはほとんど瞬間的に実施できるため、結晶成長時間の短縮や結晶に与えるダメージの低減等のメリットがある。
【００９７】
これにより、Ｖ族元素を含む原料ガスであるＰＨ3 の分圧を変化させることによりアンドープ層１２に対する拡散種Ｚｎの飽和濃度を制御することができる。
【００９８】
（第８の参考例）
第８の参考例は、拡散種の供給量を通常の成長条件における飽和濃度以上に設定し、Ｖ族元素を含む原料ガスの分圧と拡散距離との関係を測定する。
【００９９】
図１２は本発明の第８の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＶ族元素を含む原料ガスの分圧と拡散距離との関係を表わすグラフである。
【０１００】
図１２（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍのアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層である。結晶の成長方向は基板１１からＺｎドープ層１３に向かう方向である。
【０１０１】
以下、アンドープ層１２及びＺｎドープ層１３の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【０１０２】
まず、結晶成長温度を通常の６００℃に、Ｖ族元素を含む原料ガスであるＰＨ3 の分圧を１×１０-3Ｔｏｒｒ以下にそれぞれ設定し、基板１１の上に厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを、ＰＨ3 の分圧が１×１０-3Ｔｏｒｒを越える成長条件における飽和濃度の２×１０18ｃｍ-3よりも大きな３×１０18ｃｍ-3の濃度で供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた。
【０１０３】
この結果、図１２（ａ）に示すように、アンドープ層１２とＺｎドープ層１３との界面からの拡散距離が１μｍの高濃度領域１２ａ及び該界面からの拡散距離１．８μｍの低濃度領域１２ｂが形成される。
【０１０４】
図１２（ｂ）に高濃度領域１２ａの拡散距離Ｄｓ及び低濃度領域の拡散距離ＤｉのＰＨ3 分圧依存性を示す。図１２（ｂ）に示すように、格子置換型拡散種Ｚｎｓの拡散距離ＤｓはＰＨ3 の分圧が上昇するにつれて減少するのに対して、格子間拡散種Ｚｎｉの拡散距離ＤｉはＰＨ3 の分圧が上昇するにつれて増大する。
【０１０５】
これは、拡散種Ｚｎの取り込み量が３×１０18ｃｍ-3の場合は、ＰＨ3 の分圧が５×１０-5Ｔｏｒｒ以上である場合は、格子間拡散種Ｚｎｉを格子置換型拡散種Ｚｎｓとするのに十分な空孔が供給されなくなるため、格子間拡散種Ｚｎｉが発生するからである。ＰＨ3 の分圧が上昇するほど、導入される空孔の数が減少するため、格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度も減少するので、格子間拡散種Ｚｎｉの濃度が増大することになる。その結果、格子間拡散種Ｚｎｉの拡散距離Ｄｉが増大する。
【０１０６】
これにより、格子置換型拡散種Ｚｎｓ及び格子間拡散種Ｚｎｉの拡散距離をＰＨ3 の分圧により制御することができる。
【０１０７】
（第９の参考例）
第９の参考例は、Ｚｎドープ層の上にも第２のアンドープ層を成長させた後、通常のＰＨ3 の分圧に戻す処理を行なって、第２のアンドープ層にも固相拡散を行なう。
【０１０８】
図１３は本発明の第９の参考例に係る半導体結晶体の断面図及びＰＨ3 分圧のプロファイルであって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は半導体結晶体の成長工程のＰＨ3 分圧プロファイルである。
【０１０９】
図１３（ａ）において、１１はＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、１２は第１の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍの第１のアンドープ層、１３は第２の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが１μｍのＺｎドープ層、１４は第３の半導体結晶層としてのＩｎＰよりなり厚さが２μｍの第２のアンドープ層である。結晶の成長方向は基板１１から第２のアンドープ層１４に向かう方向である。
【０１１０】
以下、本参考例に係る半導体結晶体の結晶成長方法及び拡散方法を説明する。
【０１１１】
まず、結晶成長温度を通常の６００℃に、ＰＨ3 の分圧を通常よりも低圧の１×１０-5Ｔｏｒｒにそれぞれ設定しておいて、基板１１の上に厚さが２μｍの第１のアンドープ層１２と、第１のアンドープ層１２の上に拡散種Ｚｎを４×１０18ｃｍ-3の濃度で供給しながら厚さが１μｍのＺｎドープ層１３とを順次成長させた後、ＰＨ3 の分圧を通常の１×１０-2Ｔｏｒｒにまで昇圧してＺｎドープ層１３の上に厚さが２μｍの第２のアンドープ層１４を連続して成長させた。
【０１１２】
この結果、図１３（ｂ）に示すように、Ｚｎドープ領域１５がＺｎドープ層１３と第１のアンドープ層１２の界面から第１のアンドープ層１２に拡散して形成されると共に、Ｚｎドープ層１３と第２のアンドープ層１４の界面から第２のアンドープ層１４にも拡散して形成される。
【０１１３】
Ｚｎドープ層１３のＺｎ濃度は３×１０18ｃｍ-3となり、第１のアンドープ層１２及び第２のアンドープ層１４の格子置換型拡散種Ｚｎｓの濃度はともに２×１０18ｃｍ-3で拡散深さは０．５μｍとなった。また、第１のアンドープ層１２には低濃度領域は確認されなかった。
【０１１４】
これは、ＰＨ3 の分圧が低下するのに応じてＶ族の空孔濃度が上昇するため、６００℃の高温でも拡散種Ｚｎは置換位置に存在するので、拡散種Ｚｎの飽和濃度が４×１０18ｃｍ-3以上の高濃度となるのに対して、ＰＨ3 の分圧が上昇した場合には、Ｖ族の空孔濃度が減少するため、置換位置に存在していた格子置換型拡散種Ｚｎｓが放出されて格子間位置に移動する格子間拡散種Ｚｎｉとなるためである。
【０１１５】
さらに、第１のアンドープ層１２に低濃度領域が形成されないのは、第１のアンドープ層１２が低圧で成長したため、結晶内に高濃度のＶ族の空孔が存在するので、Ｚｎドープ層１３から第１のアンドープ層１２に拡散してきた格子間拡散種Ｚｎｉがすぐに格子置換型拡散種Ｚｎｓとなるからである。
【０１１６】
これにより、通常よりもＰＨ3 の分圧を低く設定して、拡散種Ｚｎの供給層であるＺｎドープ層１３を成長させた後、通常のＰＨ3 の分圧に再設定して第２のアンドープ層１４を成長させることにより、Ｚｎドープ層１３から第１のアンドープ層１２のみならず第２のアンドープ層１４にも拡散種Ｚｎが拡散した半導体結晶体を得ることができる。
【０１１７】
（第１０の参考例）
前記第１〜９の各参考例は、Ｖ族元素の空孔濃度を高めることにより不純物の拡散濃度を高めるようにしたが、本参考例は観点を変え、拡散種が結晶体から再蒸発するのを抑制することにより不純物の拡散濃度を高めている。
【０１１８】
具体的には、基板の上に半導体結晶を選択的に成長させるものである。以後、選択的に成長する半導体結晶を選択成長による半導体結晶と呼ぶ。
【０１１９】
図１４は本発明の第１０の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は選択成長前の基板の構成断面図であり、（ｂ）は選択成長後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は基板上に成長した各結晶の膜厚比と拡散濃度比との関係を表わすグラフである。
【０１２０】
以下、選択成長による高不純物濃度の半導体結晶体の結晶成長方法を説明する。
【０１２１】
まず、図１４（ａ）に示すように、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板１１の上に、選択成長用のマスクとなるＳｉＮ（窒化シリコン）膜を全面に堆積した後、ＳｉＮ膜に対してエッチングを行なって、短辺方向の開口幅が５μｍの選択成長領域１１ａとなるストライプ状の開口部、及び開口幅が１ｍｍの方形の通常の成長領域１１ｂとなる比較のための開口部を有するマスクパターン１６を形成する。１１ｃ及び１１ｄはマスク領域であって、マスク領域１１ｃの幅は３０μｍである。
【０１２２】
次に、図１４（ｂ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に、拡散種Ｚｎの不純物濃度を０．５×１０18ｃｍ-3にそれぞれ設定し、基板１１上に半導体結晶を成長させた。基板１１上のマスク領域１１ｃ及び１１ｄの上には結晶は成長しないが、選択成長領域１１ａには、厚さが２μｍで２×１０18ｃｍ-3の濃度の高濃度結晶層１７が形成され、通常の成長領域１１ｂには、厚さが１μｍで０．５×１０18ｃｍ-3の濃度の低濃度結晶層１９が形成される。
【０１２３】
選択成長領域１１ａの厚さが通常の成長領域１１ｂの厚さよりも大きくなるのは、基板１１上のマスク領域１１ｃ及び１１ｄ上に結晶成長が進まないため、開口幅の小さい選択成長領域１１ａに成長種の供給が増大するので、結晶の成長速度が通常の成長領域１１ｂに比べて速くなるからである。
【０１２４】
また、選択成長領域１１ａのＺｎ濃度が通常の成長領域１１ｂのＺｎ濃度よりも大きいのは、拡散種Ｚｎの結晶内への取り込み量がＺｎの供給量とＺｎの結晶からの離脱量とのバランスにより決定されているためであり、選択成長領域１１ａにおいては成長種の供給が増大しているためＺｎの取り込み量が増大するが、Ｚｎの結晶からの離脱量は温度の関数として与えられるので、その結果、Ｚｎの結晶内への取り込み量が増大することになる。
【０１２５】
通常の成長領域１１ｂの膜厚ｄ1 に対する選択成長領域１１ａの膜厚ｄ2 の比を膜厚比ｄ2 ／ｄ1 とすると、膜厚比ｄ2 ／ｄ1 は、マスク領域１１ｃ及び１１ｄを大きくするほど増大し、また、選択成長領域１１ａを小さくするほど増大する。
【０１２６】
図１４（ｃ）は通常の成長領域１１ｂのＺｎ濃度Ｃ1 に対する選択成長領域１１ａのＺｎ濃度Ｃ2 の比をＺｎ濃度比Ｃ2 ／Ｃ1 として、各成長領域の膜厚比ｄ2 ／ｄ1 とＺｎ濃度比Ｃ2 ／Ｃ1 との関係を表わしたグラフである。図１４（ｃ）に示すように、膜厚比ｄ2 ／ｄ1 が増大するほどＺｎ濃度比Ｃ2 ／Ｃ1 が増大していることが分かる。
【０１２７】
これにより、選択成長領域１１ａの開口幅が減少することにより膜厚比ｄ2 ／ｄ1 が増大し、さらに、選択成長領域１１ａの膜厚比ｄ2 ／ｄ1 が増大することによりＺｎ濃度比Ｃ2 ／Ｃ1 が増大するという関係を得ることができる。
【０１２８】
（第１１の参考例）
前記第１０の参考例は、選択成長における、拡散種が結晶体から再蒸発するのを抑制することにより高不純物濃度を有する半導体結晶体を求めたが、本参考例においては、高不純物層からの固相拡散に着目する。
【０１２９】
図１５は本発明の第１１の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は選択成長後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は基板上に成長した各結晶の膜厚比と拡散濃度比との関係を表わすグラフであり、（ｃ）は基板上に成長した各結晶の膜厚比と拡散距離との関係を表わすグラフである。
【０１３０】
図１５（ａ）において、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板１１の上に、ＳｉＮ膜よりなる選択成長用のマスクパターン１６が形成されており、基板１１上のマスク領域１１ｃ，１１ｄ及び１１ｅの幅は共に５０μｍである。高濃度結晶層１７は短辺方向の開口幅が５μｍのストライプ状の第１の選択成長領域に形成され、膜厚ｄ3 が２．２μｍでＺｎ濃度Ｃ3 が２×１０18ｃｍ-3であり、中濃度結晶層１８は短辺方向の開口幅が１０μｍのストライプ状の第２の選択成長領域に形成され、膜厚ｄ2 が１．８μｍでＺｎ濃度Ｃ2 が２×１０18ｃｍ-3であり、低濃度結晶層１９は開口部が１ｍｍの方形の通常の成長領域に形成され、膜厚ｄ1 が１μｍでＺｎ濃度Ｃ1 が１×１０18ｃｍ-3である。
【０１３１】
図１５（ａ）に示す各結晶層１７，１８，１９の成長方法は、結晶成長温度を通常の６００℃に、拡散種Ｚｎの不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3にそれぞれ設定して、前記第１０の参考例において説明した方法と同様の方法を採った。
【０１３２】
また、図１５（ｂ）に示す膜厚比ｄn ／ｄ1 (n=1,2,3) と拡散濃度比Ｃn ／Ｃ1 (n=1,2,3) との関係をみると、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しているため、高濃度結晶層１７も中濃度結晶層１８も共にＺｎ濃度が成長条件による飽和濃度の２×１０18ｃｍ-3で飽和してしまっている。従って、本参考例においては実線に示す関係しか得られない。
【０１３３】
しかしながら、図１５（ａ）に示すように、各結晶層１７，１８，１９は、飽和濃度に達するまでは、それぞれの拡散種Ｚｎの取り込み量に応じて基板１１に対する拡散深さが変化しているので、低濃度結晶層１９の拡散距離をＤ1 、中濃度結晶層１８の拡散距離をＤ2 及び高濃度結晶層１７の拡散距離をＤ3 とすると、図１５（ｃ）に示す膜厚比ｄn ／ｄ1 (n=1,2,3) と拡散距離ｄn (n=1,2,3) との関係が得られる。
【０１３４】
これにより、選択成長領域の膜厚比が増大すると拡散距離が増大するという関係が得られるため、複数の選択成長領域の形状を互いに変えることによって、同一基板面の複数の結晶体に対してただ一度の結晶成長により各結晶体の拡散距離をそれぞれ異なるようにすることができる。
【０１３５】
（第１２の参考例）
前記第１１の参考例は、選択成長における通常の結晶成長温度による高不純物層からの固相拡散を行なったが、本参考例においては、通常の結晶成長温度よりも低い非鏡面成長温度による高不純物層からの固相拡散に着目する。
【０１３６】
図１６は本発明の第１２の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は選択成長後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は基板上に成長した各結晶の膜厚比と拡散濃度比との関係を表わすグラフである。
【０１３７】
図１６（ａ）は結晶成長温度が４００℃に、拡散種Ｚｎの不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3にそれぞれ設定され、選択成長による各結晶層であって、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板１１の上に、ＳｉＮ膜よりなるマスクパターン１６が形成されており、基板１１上のマスク領域１１ｃ，１１ｄ及び１１ｅの幅は共に５０μｍである。高濃度結晶層１７は短辺方向の開口幅が５μｍのストライプ状の第１の選択成長領域に形成され、膜厚ｄ3 が２．２μｍでＺｎ濃度Ｃ3 が４×１０18ｃｍ-3であり、中濃度結晶層１８は短辺方向の開口幅が１０μｍのストライプ状の第２の選択成長領域に形成され、膜厚ｄ2 が１．８μｍでＺｎ濃度Ｃ2 が２×１０18ｃｍ-3であり、低濃度結晶層１９は開口部が１ｍｍの方形の通常の成長領域に形成され、膜厚ｄ1 が１μｍでＺｎ濃度Ｃ1 が１×１０18ｃｍ-3である。１７ａは高濃度結晶層１７と基板１１との界面から高濃度結晶層１７の拡散種Ｚｎが拡散したＺｎ濃度がＣs3の高濃度拡散領域であり、１８ａは中濃度結晶層１８と基板１１との界面から中濃度結晶層１８の拡散種Ｚｎが拡散したＺｎ濃度がＣs2の中濃度拡散領域であり、１９ａは低濃度結晶層１９と基板１１との界面から低濃度結晶層１９の拡散種Ｚｎが拡散したＺｎ濃度がＣs3の低濃度拡散領域である。
【０１３８】
図１６（ｂ）は低濃度結晶層１９の膜厚ｄ1 に対する各選択成長領域の膜厚ｄ1 ，ｄ2 ，ｄ3 の比を膜厚比ｄn ／ｄ1 (n=1,2,3) とし、各成長領域のＺｎ濃度の濃度比Ｃn ／Ｃ1 (n=1,2,3) 及び各拡散領域のＺｎ濃度の濃度比Ｃsn／Ｃ1 (n=1,2,3) の関係を表わしている。
【０１３９】
図１６（ｂ）に示すように、膜厚比ｄn ／ｄ1 が増大するにつれて選択成長する結晶層に対して拡散種Ｚｎの取り込み量が増大すると共に拡散領域のＺｎ濃度も増大していることがわかる。
【０１４０】
これは、前記第１１の参考例と異なり、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃に設定しているため、結晶中のＶ族元素の空孔濃度が上昇し、飽和濃度が６×１０18ｃｍ-3程度にまで上昇するので、拡散種Ｚｎの取り込み量に応じて格子置換型拡散種の濃度であるＺｎｓ濃度が増減するからである。その結果、各拡散領域１７ａ，１８ａ，１９ａの基板１１面からの拡散距離はほとんど変化しない。
【０１４１】
なお、図１６（ｂ）に示すように、膜厚比ｄn ／ｄ1 が２．５以上になる場合はＺｎ供給量が飽和濃度を越えるため、拡散領域のＺｎｓ濃度Ｃs は飽和傾向を示す。
【０１４２】
本参考例によると、選択成長領域の膜厚比が増大するとＺｎ濃度が増大するという関係が得られるため、結晶の成長界面に鏡面が得られない程度の低温成長を行ない且つ複数の選択成長領域の形状を変えることにより、同一基板面の複数の結晶体に対してただ一度の結晶成長により各結晶体の拡散濃度をそれぞれ異なるようにすることができる。
【０１４３】
（第１３の参考例）
本参考例は選択成長による高不純物結晶体を回折格子に用いる。
【０１４４】
図１７（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１３の参考例に係る選択拡散による半導体結晶体の製造方法の工程順断面図であって、（ｄ）は熱処理工程及び埋込み工程の結晶成長温度プロファイルである。
【０１４５】
以下、回折格子に選択成長を用いた半導体結晶体の結晶成長方法を説明する。
【０１４６】
まず、図１７（ａ）に示すように、第１の結晶層としてのＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板１１に対して、フォトリソグラフィーとして電子ビーム露光法による露光及びドライエッチングを行なうことにより、基板１１上に周期が２００ｎｍの凹部又は凸部を有する回折格子を形成する。
【０１４７】
次に、図１７（ｄ）に示す熱処理工程１１４において、熱処理温度を非鏡面成長温度の４００℃にまで昇温しながらＰＨ3 及びＤＭＺｎの雰囲気中で１０分間加熱する。ＰＨ3 の分圧は１×１０-2Ｔｏｒｒとし、ＤＭＺｎの分圧は１×１０-5Ｔｏｒｒとした。これにより、図１７（ｂ）に示すように回折格子の各凹部に拡散種Ｚｎの高濃度領域２７が形成される。なお、ＰＨ3 の分圧を１×１０-3Ｔｏｒｒに下げても高濃度領域２７は形成される。
【０１４８】
次に、図１７（ｄ）に示す埋込み工程１１５において、結晶成長温度を通常の６００℃に上昇し、ＰＨ3 及びＴＭＩｎを原料にして、基板１１の上に全面にわたって第２の結晶層としてのアンドープのＩｎＰよりなる埋込み層１２を２μｍの厚さに成長させる。この結果、図１７（ｃ）に示したように、回折格子の各凹部に逆三角形状の拡散種Ｚｎの高濃度領域２７が格子形状に埋めこまれた構造が形成される。
【０１４９】
本参考例においては、埋込み層１２の結晶成長時に６００℃にまで成長温度を上昇したが、４００℃のまま行なってもよい。高濃度領域２７の濃度は、ＤＭＺｎの濃度を上昇させるにつれて増大することがＳＥＭ観察により定性的に確認されるが、Ｚｎ濃度の定量化は行なっていない。
【０１５０】
これにより、回折格子の上に拡散種の原料であるＤＭＺｎを供給しながら昇温することにより、回折格子の凹部に高濃度領域を選択的に形成することができる。
【０１５１】
（第１４の参考例）
本参考例は高濃度不純物結晶体からの固相拡散により得られた結晶体のみを分離する方法を示す。
【０１５２】
図１８は本発明の第１４の参考例に係る半導体結晶体の製造方法の工程順断面図である。
【０１５３】
まず、図１８（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定して、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板１１の上に第１の半導体結晶層としての厚さが２μｍのアンドープ層１２と、アンドープ層１２の上に厚さが１０ｎｍの保護膜としてのＩｎＧａＡｓＰよりなるエッチングストップ層２８とを順次成長させた後、結晶成長温度を非鏡面成長温度である４００℃に設定して、エッチングストップ層２８の上に５×１０18ｃｍ-3の濃度の拡散種Ｚｎを供給しながら第２の半導体結晶層としての厚さが１μｍのＺｎドープ層１３を成長した。図１８（ａ）に示すように、４００℃程度の低温により結晶成長を行なうと、リン（Ｐ）原子がＺｎドープ層１３の結晶から脱離するため、Ｚｎドープ層１３の結晶表面が凸凹状になっている。
【０１５４】
次に、図１８（ｂ）に示すように、塩酸（ＨＣｌ）とリン酸（Ｈ3 ＰＯ4 ）との混合溶液等を用いると、ＩｎＰを選択的にエッチングすることができるため、Ｚｎドープ層１３に対してウェットエッチングを行なうことによりＺｎドープ層１３のみを除去し、エッチングストップ層２８の直前でエッチングを停止することができる。なお、エッチングストップ層２８は６００℃で成長しているため鏡面になっており、また、エッチングストップ層２８にも拡散種であるＺｎが拡散されているため、コンタクト層として用いてもよい。
【０１５５】
さらに、図１７（ｃ）に示すように、エッチングストップ層２８に対してもＨ2 ＳＯ4 （硫酸）とＨ2 Ｏ2 （過酸化水素）とＨ2 Ｏ（水）との混合溶液を用いたエッチング処理の後に続いてＨＣｌとＣＨ3 ＣＯＯＨ（酢酸）との混合溶液を用いてエッチングを行なうか、又はＨＣｌとＣＨ3 ＣＯＯＨとの混合溶液のみを用いた時間制御によるエッチングを行なってエッチングストップ層２８を除去してもよい。
【０１５６】
これにより、拡散種Ｚｎが拡散された高濃度領域１２ａと鏡面状態の結晶表面とを有するアンドープ層１２を得ることができる。
【０１５７】
また、本参考例によると、アンドープ層１２とＺｎドープ層１３との間にエッチングストップ層２８を挿入しているが、このエッチングストップ層２８による拡散濃度プロファイルの変化は認められず、エッチングストップ層２８の有無は拡散濃度プロファイルに何ら影響を与えないことが分かっている。
【０１５８】
（第１５の参考例）
本参考例から高濃度不純物拡散層を有する半導体結晶体を半導体素子に利用する具体例を示す。
【０１５９】
以下、本発明の第１５の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０１６０】
図１９は本発明の第１５の参考例に係る半導体レーザ装置の構成図及び測定図であって、（ａ）は半導体レーザ装置の構成断面図であり、（ｂ）はコンタクト層のキャリア濃度と抵抗値との関係を示すグラフである。図１９（ａ）において、２０１はｎ型クラッド層でありＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板、２０２はレーザビームを放射する活性層、２０３はｐ型ＩｎＰよりなり活性層２０２の短辺方向の周縁部を埋める埋込み層、２０４はｎ型ＩｎＰよりなり活性層２０２に流入する電流の効率を高める電流阻止層、２０５はｐ型クラッド層、２０６はｐ型ＩｎＰよりなりｐ型クラッド層２０５と電極とのオーミック接合を図るコンタクト層、２０７はｐ側電極形成膜、２０８はｎ側電極形成膜である。
【０１６１】
以下、第１５の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
【０１６２】
まず、図２０（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、基板２０１の上に厚さが０．２μｍの活性層形成膜２０２Ａを堆積した後、活性層形成膜２０２Ａの上の活性層形成領域にストライプ状のＳｉＮよりなるマスクパターン２０９を選択的に形成する。
【０１６３】
次に、図２０（ｂ）に示すように、活性層形成膜２０２Ａ及び基板２０１に対してエッチングを行なって短辺方向の幅が１．５μｍのストライプ形状の活性層２０２を形成する。
【０１６４】
次に、図２０（ｃ）に示すように、マスクパターン２０９を選択成長用のマスクとして膜厚が１μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰよりなる埋込み層２０３と膜厚が１μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰよりなる電流阻止層２０４を成長させる。
【０１６５】
次に、図２０（ｄ）に示すように、マスクパターン２０９に対してエッチングを行なってマスクパターン２０９を除去した後、図２０（ｄ）に示すように、膜厚が３μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｐ型クラッド層２０５を成長させた後、結晶成長温度を非鏡面成長温度である４００℃に設定し、膜厚が１μｍで不純物濃度が４×１０18ｃｍ-3のコンタクト層２０６を成長させる。その後、結晶成長温度を通常の６００℃に再び昇温し、コンタクト層２０６の結晶内のキャリアを補償する格子間拡散種Ｚｎｉを除去するために１０分間の熱処理を行なう。
【０１６６】
次に、図２０（ｅ）に示すように、コンタクト層２０６の上面に全面にわたってＴｉＰｔよりなるｐ側電極形成膜２０７を蒸着し、基板２０１の下面に全面にわたってＴｉＰｔよりなるｎ側電極形成膜２０８を蒸着する。
【０１６７】
図２１（ａ）にｐ型クラッド層成長工程１１６及びコンタクト層成長工程１１７の結晶成長温度プロファイルを示す。
【０１６８】
従来は図１９（ｂ）に示すように、コンタクト層成長工程において、結晶成長温度を６００℃にした場合は、キャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3で飽和するため、ｐ側電極形成膜２０７のコンタクト抵抗は、１×１０-5ｏｈｍ／ｃｍ2 であった。
【０１６９】
本参考例は図２１（ａ）に示すように、コンタクト層成長工程１１７において、結晶成長温度を４００℃に低下させたことによりコンタクト層のキャリア濃度は４×１０18ｃｍ-3に上昇するため、ｐ側電極形成膜２０８のノンアロイ電極においても図１９（ｂ）に示すようにコンタクト抵抗は１×１０-7ｏｈｍ／ｃｍ2 となって１／１００に低減した。
【０１７０】
また、本参考例はコンタクト層成長工程において結晶成長温度を変化させたが、結晶成長温度を６００℃の一定として、ＰＨ3 の分圧を１０-5Ｔｏｒｒに低下させた条件下でコンタクト層２０６を成長させることによってもキャリア濃度が４×１０18ｃｍ-3となる。
【０１７１】
これにより、従来からコンタクト層として用いられているＩｎＧａＡｓＰよりなる４元混晶に代えて、高不純物濃度を有するＩｎＰを用いることにより熱抵抗が低減したり、光吸収が低減したりすると共に、ｐ型クラッド層２０５とコンタクト層２０６とは結晶構造が同一になるため、従来必要とされた結晶条件の導出が低減されるというメリットを生ずる。
【０１７２】
従って、コンタクト層２０６をＩｎＰよりなる半導体結晶体を用いて構成しても低コンタクト抵抗となるノンアロイ電極の半導体レーザ装置を得ることができる。
【０１７３】
（第１６の参考例）
以下、本発明の第１６の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０１７４】
図２２は本発明の第１６の参考例に係る半導体受光素子の構成図及び測定図であって、（ａ）は受光素子の構成断面図であり、（ｂ）は逆方向電圧とリーク電流との関係を示すグラフである。図２２（ａ）において、２１０はＳｎがドープされたｎ型ＩｎＰよりなる基板、２１１は基板２１０の上に形成されたアンドープＩｎＧａＡｓＰよりなる活性層、２１１ａは活性層２１１の上面部に形成されたｐ型不純物拡散領域、２１２は活性層２１１の上面に形成され活性層２１１を保護するエッチングストップ層、２１３はｐ側電極、２１４はｎ側電極形成膜、２１５はエッチングストップ層の表面を保護するパッシベーション膜である。
【０１７５】
以下、第１６の参考例に係る半導体受光素子の製造方法を説明する。
【０１７６】
まず、図２３（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、基板２１０の上に厚さが２μｍの活性層２１１と活性層２１１の上にエッチングストップ層２１２とを順次成長させる。その後、エッチングストップ層２１２の上に全面にわたってＳｉＮよりなるマスク形成膜を堆積した後、受光領域のマスク形成膜に対してエッチングを行なってマスクパターン２１６を形成する。
【０１７７】
次に、図２３（ｂ）に示すように、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃に設定してエッチングストップ層２１２を臨む受光領域に拡散種Ｚｎの濃度が３×１０18ｃｍ-3にドープされた不純物供給層２１７を成長させると共に、不純物供給層２１７とエッチングストップ層２１２の界面を介して拡散種Ｚｎよりなるｐ型不純物が活性層２１１の上面部に拡散して不純物拡散領域２１１ａを形成する。
【０１７８】
次に、図２３（ｃ）に示すように、不純物供給層２１７に対してＨＣｌとＨ3 ＰＯ4 との混合溶液を用いてエッチングを行なって不純物供給層２１７を除去した後、マスクパターン２１６に対してＨＦ（フッ酸）とＮＨ4 Ｆ（フッ化アンモニウム）との混合溶液を用いてエッチングを行なってマスクパターン２１６を除去してエッチングストップ層２１２を露出する。
【０１７９】
次に、図２３（ｄ）に示すように、ｐ側電極２１３を形成すると共にｎ側電極形成膜を蒸着した後、パッシベーション膜２１５を堆積する。
【０１８０】
従来は、図２３（ｂ）に示す不純物供給層成長工程において、結晶成長温度を６００℃にして不純物拡散を行なっていたため、不純物拡散領域２１１ａの周縁部に低濃度領域が発生し、この周縁部から空乏層が発生するので、図２２（ｂ）の曲線１１９に示すようにブレークダウン電圧は１０Ｖ程度と低い値を示していた。さらに、不純物濃度が低いため、空乏層の広がりが小さいので、高周波特性も２ＧＨｚ程度と低かった。
【０１８１】
一方、本参考例に示したように、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃にして結晶成長すると、活性層２１１の不純物拡散領域２１１ａには、低濃度領域が形成されないため、図２２（ｂ）の曲線１２０に示すようにブレークダウン電圧は２０Ｖと増大すると共に、不純物拡散領域２１１ａは３×１０18ｃｍ-3の高不純物濃度となるため、高周波特性も１０ＧＨｚに増大する。
【０１８２】
これにより、ブレークダウン電圧が高く且つ高周波特性が優れた半導体受光素子を得ることができる。
【０１８３】
なお、不純物供給層成長工程において、結晶成長温度を通常の６００℃に設定し、ＰＨ3 ガスの分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒに設定しても高濃度の不純物拡散領域２１１ａが形成されるのはいうまでもない。
【０１８４】
（第１７の参考例）
以下、本発明の第１７の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０１８５】
図２４は本発明の第１７の参考例に係る接合型電界効果トランジスタを示す図であって、（ａ）はその構成断面図であり、（ｂ）はその回路図である。図２４（ａ）において、２１８はＦｅがドープされた反絶縁性のＩｎＰよりなる基板、２１９は基板２１８の上に形成されたｎ型ＩｎＰよりなるチャネル層、２１９ａはチャネル層２１９の上面部に選択的に形成されたｐ型の第１の不純物拡散領域、２１９ｃは第１の不純物拡散領域２１９ａにより形成された第１の空乏層、２１９ｂはチャネル層２１９の上面部に選択的に形成されたｐ型の第２の不純物拡散領域、２１９ｄは第２の不純物拡散領域２１９ｂにより形成された第２の空乏層、２２０はチャネル層２１９を保護するエッチングストップ層、２２１はエッチングストップ層２２０の上における第１の不純物拡散領域２１９ａの上に選択的に形成された第１のゲート電極、２２２はエッチングストップ層２２０の上における第２の不純物拡散領域２１９ｂに選択的に形成された第２のゲート電極、２２３はエッチングストップ層２２０の上における、第１のゲート電極２２１と第１のゲート電極２２１のゲート長方向の反第２のゲート電極２２２側のエッチングストップ層２２０の端部との間に形成された第１のソース電極、２２４はエッチングストップ層２２０の上における、第２のゲート電極２２２と第２のゲート電極２２２との間に形成された第２のソース電極、２２５はエッチングストップ層２２０の上における、第２のゲート電極２２２と反第１のソース電極２２３側のエッチングストップ層２２０の端部との間に形成されたドレイン電極、２２６はエッチングストップ層２２０の表面を保護するパッシベーション膜である。
【０１８６】
図２４（ｂ）の回路図に示すように、第１のゲート電極２２１及び第１のソース電極２２３により形成されるトランジスタをＪＦＥＴ１と呼び、第２のゲート電極２２２及び第２のソース電極２２４により形成されるトランジスタをＪＦＥＴ２と呼ぶことにすると、ＪＦＥＴ１の第１のソース電極２２３とＪＦＥＴ２の第２のソース電極２２４が接続されているため、ＪＦＥＴ１はコンプリメント型、ＪＦＥＴ２はディプレッション型として動作する。
【０１８７】
すなわち、ＪＦＥＴ１は第１の空乏層２１９ｃが基板２１８に接していないため、第１のゲート電極２２１に逆バイアスを印加してスイッチングするのに対し、ＪＦＥＴ２は拡散が深いために既に第２の空乏層２１９ｄが基板２１８の上面と接しているため、第２のゲート電極２２２に順バイアスを印加して動作することになる。このＪＦＥＴ１とＪＦＥＴ２とからなる構造は演算素子の基本構造である。
【０１８８】
従来は、このように不純物拡散領域の深さが異なる複数のＦＥＴを構成する場合は拡散処理を２回に分けて行なっていた。その結果、１回目に実施した拡散領域が２回目の拡散処理においても熱処理されるため、１回目に実施した拡散領域の形状が劣化する問題を有していた。
【０１８９】
しかしながら、本参考例によると、ただ１回の結晶成長工程により、目的とする拡散深さを実現することができるため、拡散形状の劣化がないので、拡散の深さが異なる所望の不純物拡散領域を形成することができる。
【０１９０】
以下、第１７の参考例に係る接合型電界効果トランジスタの製造方法を説明する。
【０１９１】
まず、図２５（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、基板２１８の上に厚さが２μｍのチャネル層２１９とチャネル層２１９の上にエッチングストップ層２２０とを順次成長する。その後、エッチングストップ層２２０の上に全面にわたってＳｉＮよりなる絶縁膜を堆積した後、該絶縁膜の第１及び第２の不純物拡散形成領域に対してエッチングを行なって、各不純物拡散形成領域のゲート長方向の幅により所望の拡散濃度を与える膜厚比に設定した選択成長用マスクパターン２２７を形成する。本参考例の場合は第２の不純物拡散形成領域のゲート長方向の開口幅を第１の不純物拡散形成領域のゲート長方向の開口幅よりも小さくなるように設定している。
【０１９２】
次に、図２５（ｂ）に示すように、結晶成長温度を６００℃のままとし、拡散種Ｚｎの取り込み量を２×１０18ｃｍ-3として、エッチングストップ層２２０の上の第１の不純物拡散形成領域に第１の不純物供給層２２８Ａを成長させ、第２の不純物拡散形成領域に第２の不純物供給層２２８Ｂを成長させることにより、チャネル層２１９の第１の不純物拡散形成領域に第１の不純物拡散領域２１９ａとチャネル層２１９の第２の不純物拡散形成領域に第２の不純物拡散領域２１９ｂとを形成する。
【０１９３】
図１４及び図１５を用いて説明したように、第１及び第２の各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂはエッチングストップ層２２０の上において、選択成長用マスクパターン２２７の開口部である各不純物拡散形成領域にのみ成長することができるため、各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂの結晶の成長速度が選択成長用マスクのない状態に比べて速くなるので、拡散種Ｚｎの気相への再蒸発が抑制されることになり、これにより、各不純物供給層の拡散濃度は飽和点にまで達することになる。また、各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂからエッチングストップ層２２０を通してチャネル層２１９の上面部に飽和した拡散種Ｚｎが拡散することになるが、第２の不純物供給層２２８Ｂは、第２の不純物供給層２２８Ｂの方が第１の不純物供給層２２８Ａよりも開口幅の小さい領域に成長しており、膜厚が大きくなるため、図１５（ｃ）に示した関係により、チャネル層２１９の上面からの第２の不純物拡散領域２１９ｂの拡散距離は、第１の不純物拡散領域２１９ａの拡散距離よりも大きくなる。
【０１９４】
次に、図２５（ｃ）に示すように、各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂに対してＨＣｌとＨ3 ＰＯ4 との混合溶液を用いてエッチングを行なって各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂを除去した後、選択成長用マスクパターン２２７に対してＨＦとＮＨ4 Ｆとの混合溶液を用いてエッチングを行なって選択成長用マスクパターン２２７を除去してエッチングストップ層２２０を露出する。
【０１９５】
次に、図２５（ｄ）に示すように、エッチングストップ層２２０の各電極形成領域を除く領域にパッシベーション膜２２６を堆積した後、第１のゲート電極２２１、第２のゲート電極２２２、第１のソース電極２２３、第２のソース電極２２４及びドレイン電極２２５をそれぞれ所定の形成領域に蒸着する。
【０１９６】
本参考例においては選択成長領域である各不純物拡散形成領域の開口幅をそれぞれ変えることにより各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂの膜厚比を変えているが、開口幅を一定にしておいて選択成長用マスクパターン２２７のマスク幅を変えることによっても各不純物供給層２２８Ａ，２２８Ｂの膜厚比を変化させることができるため、デバイスに必要な不純物拡散領域の大きさを設定できる。
【０１９７】
これにより、一回の不純物供給層の成長工程により、深い不純物拡散領域と浅い不純物拡散領域を形成できるため、不純物拡散領域の形状が優れているので、動作電圧が安定するモノリシック集積化された接合型電界効果トランジスタによる演算素子を得ることができる。
【０１９８】
（第１８の参考例）
以下、本発明の第１８の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０１９９】
図２６は本発明の第１８の参考例に係る接合型電界効果トランジスタを示す構成断面図である。図２６において、図２４（ａ）に示した接合型電界効果トランジスタと同一の部材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。図２６において、チャネル層２１９における第２の不純物拡散領域２１９ｆの拡散濃度は、第１の不純物拡散領域２１９ｅの拡散濃度よりも大きくなるように形成されているため、第１の不純物拡散領域２１９ｅにより形成される第１の空乏層２１９ｃは基板２１８に接しておらず、また、高濃度の第２の不純物拡散領域２１９ｆにより形成される第２の空乏層２１９ｄは基板２１８の上面と接している。
【０２００】
従って、本参考例の接合型電界効果トランジスタの回路図も図２４（ｂ）に示したのと同様の回路図となり、その結果、動作も同様となる。
【０２０１】
以下、第１８の参考例に係る接合型電界効果トランジスタの製造方法を説明する。
【０２０２】
前記第１７の参考例と異なる製造工程のみを説明すると、図２７（ｂ）に示す不純物供給層成長工程において、結晶成長温度を非鏡面成長温度である４００℃に、また、拡散種Ｚｎの取り込み量を４×１０18ｃｍ-3の高濃度にそれぞれ設定して、エッチングストップ層２２０の上の第１の不純物拡散形成領域に第１の不純物供給層２２８Ｃを成長させ、第２の不純物拡散形成領域に第２の不純物供給層２２８Ｄを成長させることにより、チャネル層２１９の第１の不純物拡散形成領域に第１の不純物拡散領域２１９ｅとチャネル層２１９の第２の不純物拡散形成領域に第２の不純物拡散領域２１９ｆとを形成する。その後、基板２１８全体を１０分間程度熱処理して各不純物拡散領域内の格子間拡散種Ｚｎｉを除去する。
【０２０３】
図１４及び図１６を用いて説明したように、第１及び第２の各不純物供給層２２８Ｃ，２２８Ｄはエッチングストップ層２２０の上において、選択成長用マスクパターン２２７の開口部である各不純物拡散形成領域にのみ成長することができるため、各不純物供給層２２８Ｃ，２２８Ｄの結晶の成長速度が選択成長用マスクのない状態に比べて速くなるので、拡散種Ｚｎの気相への再蒸発が抑制されることになり、これにより、各不純物供給層の拡散濃度はそれぞれの飽和点が上昇することになる。また、各不純物供給層２２８Ｃ，２２８Ｄからエッチングストップ層２２０を通してチャネル層２１９の上面部に拡散種Ｚｎが拡散することになるが、第２の不純物供給層２２８Ｄは、第２の不純物供給層２２８Ｄの方が第１の不純物供給層２２８Ｃよりも開口幅の小さい領域に成長しており、膜厚が大きくなるため、図１６（ｂ）に示した関係により、チャネル層２１９の第２の不純物拡散領域２１９ｆの拡散濃度は、第１の不純物拡散領域２１９ｅの拡散濃度よりも大きくなる。
【０２０４】
本参考例によると、非鏡面成長温度である４００℃という低温下で各不純物供給層２２８Ｃ，２２８Ｄを成長させているため、前記第１７の参考例と異なり格子間拡散種Ｚｎｉよりなる低濃度領域が形成されないという長所がある。
【０２０５】
これにより、一回の不純物供給層の成長工程により、濃度が異なる各不純物拡散領域を形成できると共に、格子間拡散種Ｚｎｉよりなる低濃度拡散領域が形成されないため、さらに不純物拡散領域の形状に優れているので、動作電圧が安定するモノリシック集積化された接合型電界効果トランジスタによる演算素子を得ることができる。
【０２０６】
なお、図２７（ｂ）に示す不純物供給層成長工程において、結晶成長温度を通常の６００℃に設定し、ＰＨ3 ガスの分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒに設定しても高濃度の各不純物拡散領域２１９ｅ及び２１９ｆが形成されるのはいうまでもない。
【０２０７】
この場合、格子間拡散種Ｚｎｉを除去するための熱処理は不要となる。
【０２０８】
（一実施形態）
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。
【０２０９】
図２８は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の構成図及び特性図であって、（ａ）は半導体レーザ装置の構成断面図であり、（ｂ）は従来の電流阻止層とキャリアの流れとを示した模式断面図であり、（ｃ）は本実施形態に係る電流阻止層とキャリアの流れとを示した模式断面図であり、（ｄ）は電流と光出力との関係を示すグラフである。図２８（ａ）において、２２９はクラッド層でありＺｎがドープされたｐ型ＩｎＰよりなる基板、２３０はレーザビームを放射する活性層、２３１はｎ型ＩｎＰよりなり活性層２３０の短辺方向の周縁部を埋める埋込み層、２３２はｐ型ＩｎＰよりなり活性層２３０に流入するキャリアの効率を高める電流阻止層、２３３はｎ型クラッド層、２３４はｎ型ＩｎＰよりなりｎ型クラッド層２３３と電極とのオーミック接合を図るコンタクト層、２３５はｎ側電極形成膜、２３６はｐ側電極形成膜、２３７は電流阻止層２３２から拡散種のＺｎが拡散したＺｎドープ領域である。
【０２１０】
以下、本実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
【０２１１】
まず、図２９（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、基板２２９の上に厚さが０．２μｍの活性層形成膜２３０Ａを堆積した後、活性層形成膜２３０Ａの上の活性層形成領域に短辺方向の幅が１．５μｍのストライプ状のＳｉＮよりなるマスクパターン２３８を選択的に形成する。
【０２１２】
次に、図２９（ｂ）に示すように、活性層形成膜２３０Ａ及び基板２２９に対してエッチングを行なってストライプ状の活性層２３０を形成する。
【０２１３】
次に、図２９（ｃ）に示すように、マスクパターン２３８を選択成長用のマスクとして膜厚が０．５μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰよりなる埋込み層２３１を成長させた後、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃に設定して、膜厚が１μｍで不純物濃度が４×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰよりなる電流阻止層２３２を成長させる。
【０２１４】
次に、図２９（ｄ）に示すように、マスクパターン２３８に対してエッチングを行なってこれを除去した後、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃に、ｎ型不純物濃度を５×１０17ｃｍ-3にそれぞれ設定して、活性層２３０及び電流阻止層２３２の上に全面にわたって膜厚が３μｍのｎ型クラッド層２３３を成長させる。
【０２１５】
次に、図２９（ｅ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に、ｎ型不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3にそれぞれ設定して、膜厚が０．５μｍのコンタクト層２３４を成長させる。
【０２１６】
次に、図２９（ｆ）に示すように、コンタクト層２３４の上に全面にわたってｎ側電極形成膜２３５を蒸着し、基板２２９の下面に全面にわたってｐ側電極形成膜２３６を蒸着する。
【０２１７】
図３０（ａ）は各製造工程における結晶成長温度プロファイルである。図３０（ａ）において、１２３は埋込み層成長工程、１２４は電流阻止層成長工程、１２５はクラッド層成長工程及び１２６はコンタクト層成長工程を表わしている。図３０（ａ）に示すように、電流阻止層成長工程１２４及びクラッド層成長工程１２５においては結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃に設定しているため、不純物濃度が４×１０18ｃｍ-3まで上昇しても飽和しないが、次のコンタクト層成長工程１２６において結晶成長温度を通常の６００℃に再設定するため、図１０を用いて説明したように、この高い結晶成長温度の熱処理効果によって、電流阻止層２３２の周縁部から拡散種Ｚｎが埋込み層２３１及びｎ型クラッド層２３３に拡散することにより、Ｚｎドープ層２３７が形成される。
【０２１８】
なお、図３０（ｂ）に示すように、電流阻止層成長工程１２４及びクラッド層成長工程１２５において、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃の低温にするのではなく、結晶成長温度は通常の６００℃にし、Ｖ族元素を含む原料ガスであるＰＨ3 の分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒに低下させても同様のＺｎドープ層２３７が形成されるのは前述したとおりである。
【０２１９】
従来は、図２８（ｂ）に示すように、電流阻止層２３２の結晶成長領域が不純物濃度の境界になっていたために、活性層２３０に十分に近づいておらず活性層２３０に注入されないキャリアが存在していた。
【０２２０】
一方、本実施形態によると、図２８（ｃ）に示すように、不純物の再拡散によって電流阻止層２３２の領域が増大してＺｎドープ層２３７が形成されるため、無効となるキャリアの流れを低減することができる。
【０２２１】
さらに、再拡散した埋込み層２３１及びｎ型クラッド層２３３には、ｎ型ドーパントも存在するため、補償されて高抵抗となるので、さらに無効なキャリアの流れが低減されることになる。
【０２２２】
その結果、図２８（ｄ）に示すように、従来のレーザ装置における電流曲線１２１によると、しきい値電流は２０ｍＡであり、１０ｍＷ程度の光出力でリーク電流の増大に伴う飽和傾向を示しているのに対し、本実施形態のレーザ装置における電流曲線１２２によると、しきい値電流が１５ｍＡに低減すると共に光出力の飽和現象も抑制されている。
【０２２３】
これにより、電流阻止層２３２が活性層２３０に近接していることにより無効電流が低減される半導体レーザ装置を得ることができる。
【０２２４】
（第１９の参考例）
以下、本発明の第１９の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０２２５】
図３１は本発明の第１９の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【０２２６】
本参考例においては、多重量子井戸構造を有する活性層（以下、ＭＱＷ活性層と略称する。）を形成した後、図１７に示した回折格子による高濃度ドーピング方法を用いて量子細線構造を形成する。この量子細線構造を有する活性層（以下、量子細線活性層と略称する。）を用いて量子細線レーザ装置又は利得結合型レーザ装置を得る。
【０２２７】
以下、第１９の参考例に係る量子細線レーザ装置及び利得結合型レーザ装置の製造方法を説明する。
【０２２８】
まず、図３１（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板２３９の上に全面にわたってヘテロ接合の、複数の井戸層と障壁層とを交互に積層したＭＱＷ活性層形成膜２４０Ａと、ＭＱＷ活性層形成膜２４０Ａの上にアンドープのＩｎＰよりなる回折格子形成膜２４１Ａとを順次成長させる。
【０２２９】
次に、図３１（ｂ）に示すように、回折格子形成膜２４１Ａの上面部に対して電子ビーム露光法及びドライエッチング法を用いて格子の周期が１０ｎｍから２００ｎｍ程度の凹部又は凸部を有する回折格子２４１Ｂを形成する。
【０２３０】
次に、図３１（ｃ）に示すように、結晶成長温度を非鏡面成長温度の４００℃にまで昇温し、昇温時からＰＨ3 とＤＭＺｎとの雰囲気に基板２３９を１０分間さらす熱処理を行なう。これにより、回折格子２４１Ｂの各凹部に拡散種Ｚｎの高濃度領域２４２が形成される。なお、ＰＨ3 の分圧を１×１０-3Ｔｏｒｒにまで下げても同様に高濃度領域２４２が形成されることはいうまでもない。
【０２３１】
次に、図３１（ｄ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定し、回折格子２４１Ｂの上に全面にわたってｐ型ＩｎＰよりなるクラッド層である回折格子埋込み層２４３Ａを成長させる。結晶成長温度を６００℃に設定しているため、ＭＱＷ活性層形成膜２４０Ａには、等間隔で且つ部分的に存在する高濃度領域２４２に含まれていた拡散種Ｚｎが拡散してくるので、各高濃度領域２４２に対応する、ＭＱＷ活性層形成膜２４０Ａが部分的かつ規則的に崩壊したＭＱＷ崩壊領域２４０ａが形成されることになる。これにより、ＭＱＷ活性層形成膜２４０Ａは、ＭＱＷ崩壊領域２４０ａにおいて利得が減少するので、量子細線活性層形成膜２４０Ｂに変わることになる。
【０２３２】
次に、図３１（ｅ）に示すように、回折格子埋込み層２４３Ａの上に長辺方向を光導波路層方向とし、幅が１．５μｍのストライプ状のＳｉＮよりなるマスクパターンを形成した後、回折格子埋込み層２４３Ａ、量子細線活性層形成膜２４０Ｂ及び基板２３９に対してエッチングを行なってストライプ状の量子細線活性層２４０Ｃを形成する。その後、マスクパターンを選択成長用のマスクとして膜厚が１μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰよりなる活性層埋込み層２４４と、膜厚が０．５μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰよりなる電流阻止層２４５を成長さた後、マスクパターンをエッチング除去する。その後、ｐ型不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3に設定して、回折格子埋込み層２４３Ａ及び電流阻止層２４５の上に全面にわたってｐ型ＩｎＰよりなるクラッド層２４６を成長させる。その後、ｐ型不純物濃度を５×１０18ｃｍ-3に設定して、ｐ型ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層２４７を成長させた後、コンタクト層２４７の上に全面にわたってｐ側電極形成膜２４８を蒸着し、続いて基板２３９の下面に全面にわたってｎ側電極形成膜２４９を蒸着する。
【０２３３】
前記の製造工程により以下に示す２通りの半導体レーザ装置が得られる。すなわち、図３１（ｅ）に示す半導体レーザ装置は、回折格子２４１Ｂが量子細線活性層２４０Ｃのストライプの長辺方向（導波路方向）に沿って形成されているため、利得結合型のＤＦＢレーザ装置が得られることになり、また、図３１（ｆ）に示す半導体レーザ装置は、回折格子２４１Ｂが量子細線活性層２４３Ｂのストライプの長辺方向（導波路方向）に対して垂直な方向に形成されているため、回折格子の周期を５０ｎｍ程度とすれば量子細線レーザが得られる。
【０２３４】
なお、回折格子２４１Ｂが量子細線活性層２４３Ｂのストライプの長辺方向（導波路方向）に沿って形成されていても、回折格子の周期を５０ｎｍ程度とすれば量子細線レーザが得られる。
【０２３５】
また、図３２はチャネル層に量子細線構造を有するＨ（＝Ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ）ＦＥＴの斜視図である。図３２において、２５０はＳｎがドープされたｎ型ＩｎＰよりなる基板、２５１は基板２５０の上に形成された量子細線構造を有するチャネル層、２５２は拡散種Ｚｎよりなる高濃度領域、２５１ａは高濃度領域２５２の拡散種が拡散してできたＭＱＷ崩壊領域、２５３はソース・ドレイン拡散領域、２５４はゲート電極である。
【０２３６】
量子細線構造を有するチャネル層は、図３１（ａ）〜（ｄ）に示した製造方法により形成することができる。チャネル層２５１が量子細線構造を有しているため、チャネル層内の電子の移動度が増大するので、ＦＥＴの高速化を図ることができる。
【０２３７】
さらに、歪量子井戸構造においては低温成長時にオーダリング構造が発生して発光特性が劣化するという問題を有していた。このオーダリング構造も拡散種Ｚｎの拡散により崩れるために、回折格子を用いた拡散種Ｚｎの拡散を行なうことによって、本参考例と同様に利得結合型ＤＦＢレーザ装置や量子細線レーザ装置を得ることができる。
【０２３８】
本参考例により、回折格子を用いてＭＱＷ層を部分的に崩壊したり、オーダリング構造を消滅させたりできるので、利得結合型ＤＦＢレーザ装置や量子細線レーザ装置が得られる。
【０２３９】
（第２０の参考例）
以下、本発明の第２０の参考例を図面を参照しながら説明する。
【０２４０】
図３３は本発明の第２０の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【０２４１】
本参考例においては、ＭＱＷ活性層が製造時に破壊されることがない変調ドープ型の半導体レーザ装置とその製造方法とを説明する。
【０２４２】
以下、第２０の参考例に係る変調ドープ型半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
【０２４３】
まず、図３３（ａ）に示すように、結晶成長温度を通常の６００℃に設定しておいて、ＳｎがドープされたＩｎＰよりなる基板２５５の上に全面にわたってヘテロ接合の、複数の井戸層と拡散種をＺｎとする高濃度の不純物がドーピングされた障壁層とを交互に積層した変調ドープ活性層形成膜２５６Ａを成長させた後、変調ドープ活性層形成膜２５６Ａの上に長辺方向を光導波路層の方向とし、幅が１．５μｍのストライプ状のＳｉＮよりなるマスクパターン２５７を形成する。
次に、図３３（ｂ）に示すように、変調ドープ活性層形成膜２５６Ａ及び基板２５５に対してエッチングを行なってストライプ状の変調ドープ活性層２５６Ｂを形成する。
【０２４４】
次に、図３３（ｃ）に示すように、マスクパターン２５７を選択成長用のマスクとして膜厚が１μｍで不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰよりなる埋込み層２５８と、膜厚が０．５μｍで不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ型ＩｎＰよりなる電流阻止層２５９を成長さる。
【０２４５】
次に、図３３（ｄ）に示すように、マスクパターン２５７に対してエッチングを行なってこれを除去した後、結晶成長温度を非鏡面成長温度の５００℃とし、ｐ型不純物濃度を５×１０17ｃｍ-3に設定して、膜厚が０．５μｍのｐ型ＩｎＧａＡｓＰよりなる拡散抑制層２６０を成長させる。その後、結晶成長温度を再度通常の６００℃に設定し、拡散抑制層２６０の上に全面にわたって膜厚が１μｍでｐ型不純物濃度が５×１０17ｃｍ-3のｐ型ＩｎＰよりなるクラッド層２６１を成長させる。その後、ｐ型不純物濃度を５×１０18ｃｍ-3に設定して、ｐ型ＩｎＧａＡｓよりなるコンタクト層２６２を成長させた後、コンタクト層２６２の上に全面にわたってｐ側電極形成膜２６３を蒸着し、基板２５５の下面に全面にわたってｎ側電極形成膜２６４を蒸着する。
【０２４６】
以上の製造工程を経て図３３（ｄ）に示す本発明に係る変調ドープ型半導体レーザ装置を得ることができる。
【０２４７】
図３４（ａ）に拡散抑制層成長工程１２７、クラッド層成長工程１２８及びコンタクト層成長工程１２９の各成長工程の結晶成長温度プロファイルを示す。
【０２４８】
なお、図３４（ｂ）に示すように、結晶成長温度ではなくＶ族ガスであるＰＨ3 の分圧を変化させても同様の効果を得ることができる。すなわち、拡散抑制層成長工程１２７においてのみＶ族ガスの分圧を１×１０-5Ｔｏｒｒとし、それ以外の工程においてはＶ族ガスの分圧を通常の１×１０-2Ｔｏｒｒとすればよい。
【０２４９】
このように、拡散抑制層成長工程１２７において、拡散抑制層２６０が低温又は低分圧に設定され、且つ、ｐ型不純物濃度を飽和濃度の４分の１となる５×１０17ｃｍ-3で成長させるため、図６に示したように、格子間拡散種Ｚｎｉの発生が抑制されるので、変調ドープ活性層２５６Ｂの変調ドープ構造を壊すことがない。
【０２５０】
さらに、次のクラッド層成長工程１２８において、拡散抑制層２６０に対して拡散種Ｚｎの供給量が少ないため、拡散抑制層２６０の空孔濃度が上昇するので、拡散抑制層２６０は変調ドープ活性層２５６Ｂの近傍に拡散する格子間拡散種Ｚｎｉを捕獲することができる。
【０２５１】
従って、変調ドープ活性層２５６Ｂに格子間拡散種Ｚｎｉが拡散しないため、変調ドープ構造の消滅が抑制される。
【０２５２】
これにより、２×１０18ｃｍ-3程度の高濃度の変調ドープ構造が安定したまま形成されている変調ドープ型半導体レーザ装置を得ることができる。
【０２５３】
また、変調ドープ構造を実現するために添加するドーパントとしてはｐ型を示したが、ｎ型でもよい。
【０２５４】
なお、これまで説明したすべての実施形態及び参考例において、ＩｎＰ系化合物半導体の結晶を用いたが、その他の半導体結晶、例えばＳｉ系、ＧａＡｓ系、ＺｎＳｅＳ系、ＩｎＡｌＡｓ系、ＡｌＧａＡｓ系又はＩｎＧａＡｌＡｓＰ系等の半導体材料であってもよい。
【０２５５】
また、Ｚｎをドーパントとして使用しているが、Ｂｅ（ベリリウム），Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｓｅ（セレン），Ｓ（イオウ）、Ｔｅ（テルル）又はＣ（炭素）であってもよい。
【０２５６】
また、Ｖ族ガスを用いたが、非金属元素であるVI族又はVII 族であってもよい。
【０２５７】
半導体レーザ装置の構造をＤＨ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｅｔｅｒｏ）レーザとしたが、ＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザ、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｃｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザなど付加価値の高いレーザへの適応が可能である。また、活性層の構造をＰＢＨ（Ｐｌａｎｅｒ Ｂｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏ）タイプとしたが、その他の構造でもよい。
【０２５８】
さらに、本参考例においてはバルクタイプの活性層構造としたが、ＭＱＷ構造、歪ＭＱＷ構造、量子細線、量子箱構造よりなる活性層構造でもよい。また、光導波路層としてＩｎＧａＡｓＰを用いたが、ＧＲＩＮ（Ｇｒａｄｅｄ Ｉｎｄｅｘ）構造を有するＩｎＧａＡｓＰであってもよい。
【０２５９】
なお、本参考例においては、デバイスとして、レーザ装置、受光素子、ＪＦＥＴ及びＨＦＥＴとしたが、他のデバイス、例えば、光導波路、光スイッチ、ＨＥＭＴ及びＨＢＴ等であってもよい。
【０２６０】
また、結晶成長方法はＭＯＶＰＥ法としたが、ガスソースＭＢＥ、ＭＯＭＢＥ法のみならず、ハイドライドＶＰＥ法など他の成長方法を用いてもよい。また、半導体レーザ装置の製造方法と同様な方法により光導波路を作製することもできる。
【０２６１】
さらに、結晶基板の導電性としてｎ型基板を用いたが、高光出力レーザ装置とする場合にはｐ側電極の金属と半導体との接触抵抗を下げるためにｐ型基板が用いられる。この場合も添加元素はｐ型とすればよい。
【０２６２】
回折格子の形成方法もＥＢ法を用いたが、干渉露光法であってもよい。
【０２６３】
【発明の効果】
本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法によると、コンタクト層における結晶格子の空孔の濃度が上昇するため、不純物拡散濃度の飽和濃度が上昇する。また、コンタクト層の通常の成長条件における拡散種の飽和濃度よりも大きい濃度に拡散種を供給しているため、上昇した飽和濃度になるまで空孔に拡散種が捕獲されると共に格子間にも拡散種が入り込むので、コンタクト層は拡散種が高濃度にドーピングされることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は不純物濃度プロファイル図である。
【図２】本発明の第１の参考例に係る半導体結晶体の拡散距離に対する不純物供給量依存性を表わす特性図である。
【図３】本発明の第２の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＳＩＭＳ法による不純物濃度プロファイル図である。
【図４】本発明の第２の参考例に係る半導体結晶体の拡散濃度に対する結晶の成長温度依存性を表わす特性図である。
【図５】本発明の第３の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び測定図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）はＳＩＭＳ法による不純物濃度プロファイル図である。
【図６】本発明の第３の参考例に係る半導体結晶体の高濃度領域及び低濃度領域の各拡散距離に対する結晶の成長温度依存性を表わす特性図である。
【図７】本発明の第４の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は格子置換型及び格子間型の各不純物濃度に対する不純物の取り込み量依存性を表わす特性図である。
【図８】本発明の第５の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は高濃度拡散後のホール濃度に対するＺｎドープ層の拡散種の取り込み量依存性を表わす特性図であり、（ｃ）は不純物濃度に対する不純物濃度の取り込み量依存性を表わす特性図である。
【図９】熱処理後のホール濃度に対するＺｎドープ層の拡散種の取り込み量依存性を表わす特性図である。
【図１０】本発明の第６の参考例に係る半導体結晶体の断面図及び結晶成長温度プロファイル図であって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は半導体結晶体の成長工程の結晶成長温度プロファイル図である。
【図１１】本発明の第７の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は格子置換型の拡散濃度に対するＶ族元素を含む原料ガス（＝ＰＨ3 ）の分圧及び拡散種の供給量依存性を表わす特性図である。
【図１２】本発明の第８の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は高濃度領域及び低濃度領域の各拡散距離に対するＶ族元素を含む原料ガス（＝ＰＨ3 ）の分圧依存性を表わす特性図である。
【図１３】本発明の第９の参考例に係る半導体結晶体の断面図及び結晶成長温度プロファイルであって、（ａ）は結晶成長直後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は半導体結晶体の成長工程のＰＨ3 分圧プロファイルである。
【図１４】本発明の第１０の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は選択成長前の基板の構成断面図であり、（ｂ）は選択成長後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｃ）は拡散濃度比に対する結晶の膜厚比依存性を表わす特性図である。
【図１５】本発明の第１１の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は選択成長後の半導体結晶体の構成断面図であり、（ｂ）は拡散濃度比に対する結晶の膜厚比依存性を表わす特性図であり、（ｃ）は拡散距離に対する結晶の膜厚比依存性を表わす特性図である。
【図１６】本発明の第１２の参考例に係る半導体結晶体の構成図及び特性図であって、（ａ）は選択成長後の基板の構成断面図であり、（ｂ）は拡散濃度比に対する結晶の膜厚比依存性を表わす特性図である。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１３の参考例に係る選択拡散による半導体結晶体の製造方法の工程順断面図であって、（ｄ）は熱処理工程及び埋込み工程の結晶成長温度プロファイル図である。
【図１８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１４の参考例に係る半導体結晶体の製造方法の工程順断面図である。
【図１９】本発明の第１５の参考例に係る半導体レーザ装置の構成図及び特性図であって、（ａ）は半導体レーザ装置の構成断面図であり、（ｂ）はコンタクト抵抗に対するコンタクト層のキャリア濃度依存性を表わす特性図である。
【図２０】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１５の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順断面図である。
【図２１】本発明の第１５の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法のプロファイル図であって、（ａ）は結晶成長温度プロファイルを表わし、（ｂ）は原料ガスの分圧プロファイルを表わす。
【図２２】本発明の第１６の参考例に係る半導体受光素子の構成図及び特性図であって、（ａ）は半導体受光素子の構成断面図であり、（ｂ）はリーク電流に対する逆方向電圧（＝逆バイアス）依存性を表わす特性図である。
【図２３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１６の参考例に係る半導体受光素子の製造方法の工程順断面図である。
【図２４】本発明の第１７の参考例に係る接合型電界効果トランジスタを示す図であって、（ａ）は構成断面図であり、（ｂ）は回路図である。
【図２５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１７の参考例に係る接合型電界効果トランジスタの製造方法の工程順断面図である。
【図２６】本発明の第１８の参考例に係る接合型電界効果トランジスタを示す構成断面図である。
【図２７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１８の参考例に係る接合型電界効果トランジスタの製造方法の工程順断面図である。
【図２８】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の構成図及び特性図であって、（ａ）は構成断面図であり、（ｂ）は従来の電流阻止層とキャリアの流れとを示した模式断面図であり、（ｃ）は本実施形態に係る電流阻止層とキャリアの流れとを示した模式断面図であり、（ｄ）は光出力に対する電流依存性を表わす特性図である。
【図２９】（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順断面図である。
【図３０】本発明の一実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法のプロファイル図であって、（ａ）は結晶成長温度プロファイルを表わし、（ｂ）は原料ガスの分圧プロファイルを表わす。
【図３１】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第１９の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順断面図である。
【図３２】本発明の第１９の参考例に係る量子細線構造のチャネル層を有する電界効果トランジスタの斜視図である。
【図３３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２０の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順断面図である。
【図３４】本発明の第２０の参考例に係る半導体レーザ装置の製造方法のプロファイル図であって、（ａ）は結晶成長温度プロファイルを表わし、（ｂ）は原料ガスの分圧プロファイルを表わす。
【図３５】従来の開管拡散法による拡散深さに対する拡散時間依存性を表わす特性図である。
【符号の説明】
１１ 基板
１２ アンドープ層
１２ 第１のアンドープ層
１２ａ 高濃度領域
１２ｂ 低濃度領域
１３ Ｚｎドープ層
１４ 第２のアンドープ層
１５ Ｚｎドープ領域
１６ マスクパターン
１７ 高濃度結晶層
１７ａ 高濃度拡散領域
１８ 中濃度結晶層
１８ａ 中濃度拡散領域
１９ 低濃度結晶層
１９ａ 低濃度拡散領域
１１ａ 選択成長領域
１１ｂ 通常の成長領域
１１ｃ マスク領域
１１ｄ マスク領域
１１ｅ マスク領域
２７ 高濃度領域
２８ エッチングストップ層
１１０ 結晶成長工程
１１１ 熱処理工程
１１４ 熱処理工程
１１５ 埋込み工程
１１６ ｐ型クラッド成長工程
１１７ コンタクト層成長工程
１１８ 熱処理工程
１２３ 埋込み層成長工程
１２４ 電流阻止層成長工程
１２５ クラッド層成長工程
１２６ コンタクト層成長工程
１２７ 拡散抑制層成長工程
１２８ クラッド層成長工程
１２９ コンタクト層成長工程
２０１ 基板
２０２ 活性層
２０３ 埋込み層
２０４ 電流阻止層
２０５ ｐ型クラッド層
２０６ コンタクト層
２０７ ｐ側電極形成膜
２０８ ｎ側電極形成膜
２１０ 基板
２１１ 活性層
２１１ａ ｐ型不純物拡散領域
２１２ エッチングストップ層
２１３ ｐ側電極
２１４ ｎ側電極形成膜
２１５ パッシベーション膜
２１６ マスクパターン
２１７ 不純物供給層
２１８ 基板
２１９ チャネル層
２１９ａ 第１の不純物拡散領域
２１９ｂ 第２の不純物拡散領域
２１９ｃ 第１の空乏層
２１９ｄ 第２の空乏層
２１９ｅ 第１の不純物拡散領域
２１９ｆ 第２の不純物拡散領域
２２０ エッチングストップ層
２２１ 第１のゲート電極
２２２ 第２のゲート電極
２２３ 第１のソース電極
２２４ 第２のソース電極
２２５ ドレイン電極
２２６ パッシベーション膜
２２７ マスクパターン
２２８Ａ 第１の不純物供給層
２２８Ｂ 第２の不純物供給層
２２８Ｃ 第１の不純物供給層
２２８Ｄ 第２の不純物供給層
２２９ 基板
２３０ 活性層
２３０Ａ 活性層形成膜
２３１ 埋込み層
２３２ 電流阻止層
２３３ ｎ型クラッド層
２３４ コンタクト層
２３５ ｎ側電極形成膜
２３６ ｐ側電極形成膜
２３７ Ｚｎドープ領域
２３８ マスクパターン
２３９ 基板
２４０Ａ ＭＱＷ活性層形成膜
２４０ａ ＭＱＷ崩壊領域
２４０Ｂ 量子細線活性層形成膜
２４０Ｃ 量子細線活性層
２４１Ａ 回折格子形成膜
２４１Ｂ 回折格子
２４２ 高濃度領域
２４３Ａ 回折格子埋込み層
２４４ 活性層埋込み層
２４５ 電流阻止層
２４６ クラッド層
２４７ コンタクト層
２４８ ｐ側電極形成膜
２４９ ｎ側電極形成膜
２５０ 基板
２５１ チャネル層
２５１ａ ＭＱＷ崩壊領域
２５２ 高濃度領域
２５３ ソース・ドレイン拡散領域
２５４ ゲート電極
２５５ 基板
２５６Ａ 変調ドープ活性層形成膜
２５６Ｂ 変調ドープ活性層
２５７ マスクパターン
２５８ 埋込み層
２５９ 電流阻止層
２６０ 拡散抑制層
２６１ クラッド層
２６２ コンタクト層
２６３ ｐ側電極形成膜
２６４ ｎ側電極形成膜
Claims (1)
- 基板の上に活性層形成膜を成長させる活性層形成膜成長工程と、
前記活性層形成膜に対してエッチングを行なってストライプ状の活性層を形成する活性層形成工程と、
前記基板の上における前記活性層の短辺方向の周縁部を埋める埋込み層を成長させる埋込み層成長工程と、
電流阻止層を成長する電流阻止層成長工程と、
前記活性層及び電流阻止層の上に全面にわたってクラッド層を成長するクラッド層成長工程と、
不純物拡散の拡散種が原料に供給され、前記活性層及び埋込み層の上に全面にわたって電極とのオーミック接合を図るコンタクト層を成長させるコンタクト層成長工程と、
前記コンタクト層の上に電極形成膜を蒸着する蒸着工程とを備え、
前記コンタクト層成長工程は、前記コンタクト層の成長界面が鏡面状態となる第１の結晶成長温度よりも低い第２の結晶成長温度で且つ前記コンタクト層の前記第１の結晶成長温度の成長条件における前記拡散種の飽和濃度よりも大きい濃度に該拡散種を供給する成長条件で前記コンタクト層を成長させ、
前記電流阻止層成長工程は、不純物拡散の拡散種が原料に供給され、前記電流阻止層の成長界面が鏡面状態となる第１の結晶成長温度よりも低い第２の結晶成長温度で且つ前記電流阻止層の前記第１の結晶成長温度の成長条件における前記拡散種の飽和濃度よりも大きい濃度に該拡散種を供給する成長条件で前記電流阻止層を成長させ、
前記電流阻止層成長工程の後に、前記第１の結晶成長温度で前記基板を加熱して、埋込み層及び前記電流阻止層の界面から前記埋込み層中に前記電流阻止層中の前記拡散種を固相拡散させる拡散工程とを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
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-
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