(57)【要約】【課題】クラッド層のｐドーパント濃度を高め、かつ活性層の劣化を抑制することが可能な半導体レーザの製造方法及び半導体素子の製造方法を提供すること。【解決手段】本発明は、ｎ−ＩｎＰからなる基板１０上に下地層１０ａを設ける工程と、下地層１０ａに接する活性層１２を設ける工程と、活性層１２の上にｐ−ＩｎＰからなるクラッド層１４を設ける工程と、クラッド層１４の上にＩｎＧａＡｓ層１１を設ける工程と、ＩｎＧａＡｓ層１１を設ける工程の後、クラッド層１４にＺｎを拡散する工程と、を有する半導体レーザの製造方法である。【選択図】図２
2014011348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＰからなる基板上に下地層を設ける工程と、
前記下地層に接する活性層を設ける工程と、
前記活性層の上にＩｎＰからなるクラッド層を設ける工程と、
前記クラッド層の上にＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰからなる半導体層を設ける工程と、
前記半導体層を設ける工程の後、前記クラッド層にＺｎを拡散する工程と、を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項２】
前記下地層は、前記活性層に接する領域を含み、かつｎ型導電性半導体層であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項３】
前記クラッド層におけるｐ型濃度のピークの１／５の濃度の領域が、前記クラッド層内に位置してなることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項４】
前記Ｚｎを拡散する工程は、ＤＭＺ及びＡｓＨ３を含むガス雰囲気中においてアニール処理を行う工程を含み、
前記Ｚｎを拡散する工程におけるアニール処理の温度は、４７０℃以上５６０℃以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項５】
前記半導体層の上に電極を設ける工程を有することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項６】
前記Ｚｎを拡散する工程の前に、前記半導体層を除去する工程と、
前記半導体層を除去する工程の後に、前記クラッド層の上にＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層を設ける工程と、
前記コンタクト層の上に電極を設ける工程と、を有することを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項７】
前記コンタクト層の厚さは、前記半導体層の厚さより大きいことを特徴とする請求項６記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項８】
前記Ｚｎを拡散する工程の後における前記クラッド層のＺｎ濃度のピーク値は、５×１０１８ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項９】
前記クラッド層の厚さをＴ、前記クラッド層におけるＺｎの拡散係数をＤとした場合、前記Ｚｎを拡散する工程におけるアニール処理の時間は（Ｔ／Ｄ）０．５以下であることを特徴とする請求項４記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項１０】
ＩｎＰ半導体層を設ける工程と、
前記ＩｎＰ半導体層の上にＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰからなる半導体層を設ける工程と、
前記半導体層を設ける工程の後、前記ＩｎＰ半導体層にＺｎを拡散する工程と、を有することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザの製造方法及び半導体素子の製造方法に係り、特に光通信に用いられる半導体レーザの製造方法及び半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体を使った光半導体素子では、キャリアの再結合並びに光の誘導放出を担う活性層、及びキャリア並びに光を活性層に閉じ込めるためのクラッド層を、軸方向に積層することにより、効率的なキャリアの注入及びレーザ発振出力の増大が実現される。例えば特許文献１にはｐ型インジウムリン（ｐ−ＩｎＰ）により形成されたクラッド層を用いる技術が記載されている。近年では、さらなる消費電力の低減や高温の環境温度で使用するために、発光効率が高くかつ高温で高光出力の半導体レーザが要求されている。発光効率及び光出力を高めるためには、活性層の結晶品質の向上、及び半導体素子の直列抵抗の低減が重要となる。活性層の結晶品質の向上には、ｐ型クラッド層から活性層へのｐ型ドーパントの拡散が少ないことが要求される。一方、半導体素子の直列抵抗の低減には、ｐ型クラッド層の低抵抗化が要求される。全直列抵抗のうちｐ型クラッド層の直列抵抗が、約９割程度を占めるためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１７４７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ｐ型クラッド層を低抵抗化するために、クラッド層に添加されるｐ型ドーパントの濃度を高めることが重要である。しかし、ドーパント濃度を高めると、ｐ型ドーパントが活性層に拡散し、活性層の結晶品質が劣化することが知られている。このため、p型ドーパントとしては、比較的に拡散距離が短く、活性層が劣化しにくい亜鉛（Ｚｎ）が、一般に使用される。本願発明は、上記課題に鑑み、クラッド層のドーパント濃度を高め、かつ活性層の劣化を抑制することが可能な半導体レーザの製造方法、及び半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、ＩｎＰからなる基板上に下地層を設ける工程と、前記下地層に接する活性層を設ける工程と、前記活性層の上にＩｎＰからなるクラッド層を設ける工程と、前記クラッド層の上にＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰからなる半導体層を設ける工程と、前記半導体層を設ける工程の後、前記クラッド層にＺｎを拡散する工程と、を有する半導体レーザの製造方法である。
【０００６】
上記構成において、前記下地層は、前記活性層に接する領域を含み、かつｎ型導電性半導体層である構成とすることができる。
【０００７】
上記構成において、前記クラッド層におけるｐ型濃度のピークの１／５の濃度の領域が、前記クラッド層内に位置してなる構成とすることができる。
【０００８】
上記構成において、前記Ｚｎを拡散する工程は、ＤＭＺ及びＡｓＨ３を含むガス雰囲気中においてアニール処理を行う工程を含み、前記Ｚｎを拡散する工程におけるアニール処理の温度は、４７０℃以上５６０℃以下である構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記半導体層の上に電極を設ける工程を有する構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記Ｚｎを拡散する工程の前に、前記半導体層を除去する工程と、前記半導体層を除去する工程の後に、前記クラッド層の上にＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰからなるコンタクト層を設ける工程と、前記コンタクト層の上に電極を設ける工程と、を有する構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において前記コンタクト層の厚さは、前記半導体層の厚さより大きい構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記Ｚｎを拡散する工程の後における前記クラッド層のＺｎ濃度のピーク値は、５×１０１８ｃｍ−３以上である構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記クラッド層の厚さをＴ、前記クラッド層におけるＺｎの拡散係数をＤとした場合、前記Ｚｎを拡散する工程におけるアニール処理の時間は（Ｔ／Ｄ）０．５以下である構成とすることができる。
【００１４】
本発明は、ＩｎＰ半導体層を設ける工程と、前記ＩｎＰ半導体層の上にＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰからなる半導体層を設ける工程と、前記半導体層を設ける工程の後、前記ＩｎＰ半導体層にＺｎを拡散する工程と、を有する半導体素子の製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、クラッド層のドーパント濃度を高め、かつ活性層の劣化を抑制することが可能な半導体レーザの製造方法、及び半導体素子の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１はＳＩ−ＢＨ構造の半導体素子を例示する断面図である。
【図２】図２（ａ）から図２（ｃ）は実施例１に係る半導体素子の製造方法を例示する断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は実施例１に係る半導体素子の製造方法を例示する断面図である。
【図４】図４（ａ）はクラッド層深さとドーパント濃度との関係を例示するグラフである。図４（ｂ）は電流と光出力との関係を例示するグラフである。
【図５】図５（ａ）は原料ガス中のＤＭＺ濃度とドーパント濃度との関係を例示するグラフである。図５（ｂ）は拡散温度とドーパント濃度との関係を例示するグラフである。
【図６】図６（ａ）は拡散時間とドーパント濃度との関係を例示するグラフである。図６（ｂ）は拡散時間と抵抗の減少率との関係を例示するグラフである。
【図７】図７はｐｎ−ＢＨ構造の半導体素子を例示する断面図である。
【図８】図８（ａ）から図８（ｃ）は実施例２に係る半導体素子の製造方法を例示する断面図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は実施例２に係る半導体素子の製造方法を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず半導体素子の構成について説明する。図１はＳＩ−ＢＨ（Semi-Insulating Buried-hetero：半絶縁埋込）構造の半導体レーザ１００を例示する断面図である。
【００１８】
図１に示すように、半導体レーザ１００は、基板１０、活性層１２、クラッド層１４、コンタクト層１６、埋込層１８、ｎ型電極２０及びｐ型電極２２を備える。基板１０はｎ型インジウムリン（ｎ−ＩｎＰ）により形成され、ｎ型クラッド層としても機能する。図１においては不図示の下地層が基板１０上に設けられている。活性層１２は下地層に接触しており、例えばインジウムガリウム砒素リンにより形成されたＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層である。クラッド層１４は活性層１２の上面に接触しており、ｐ−ＩｎＰにより形成されている。クラッド層１４はｐ型ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）を含む。図中に格子斜線で示したクラッド層１４中の領域１４ａは、拡散する工程によりＺｎ濃度が増加した領域である。拡散するドーパントとして例えばカドミウム（Ｃｄ）を用いることもできる。しかし、ＺｎはＣｄに比べて濃度の制御性が良く、活性層１２への拡散を抑制しやすい。Ｚｎは、図中に格子斜線で示したクラッド層１４中の領域１４ａに主に拡散している。Ｚｎの活性層１２への拡散を抑制するため、領域１４ａは活性層１２とクラッド層１４との界面に到達しないことが好ましい。
【００１９】
コンタクト層１６は、例えばｐ型インジウムガリウム砒素（ｐ−ＩｎＧａＡｓ）により形成され、クラッド層１４の上面に接触している。埋込層１８は例えば鉄ドープインジウムリン（Ｆｅ−ＩｎＰ）により形成され、基板１０の上面に接触し、活性層１２、クラッド層１４、及びコンタクト層１６を挟んでいる。ｎ型電極２０は基板１０の下面に接触している。ｐ型電極２２はコンタクト層１６の上面、及び埋込層１８の上面に接触している。ｎ型電極２０及びｐ型電極２２は例えば金（Ａｕ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）の混晶、又はチタン（Ｔｉ）及び白金（Ｐｔ）の混晶等の金属により形成されている。半導体レーザ１００は発光素子として用いられる。
【００２０】
前述のように、発光効率を高めるためには、クラッド層１４の低抵抗化が重要である。クラッド層１４中のＺｎの濃度（ドーパント濃度）を高めることにより、クラッド層１４の低抵抗化が可能である。クラッド層１４へのＺｎの拡散は気相拡散により行われることがある。クラッド層１４の製造方法として主に用いられる有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）では、ドーパント濃度は２×１０１８ｃｍ−３程度で飽和する。従って原料ガス中のＺｎ濃度を高めても、ドーパント濃度を飽和値以上に高めることは困難であった。そこで、これまでにも、ドーパント濃度を２×１０１８ｃｍ−３以上に高めるために、気相拡散によりＺｎ拡散が行われることがあった。気相拡散では、例えばジメチル亜鉛（Dimethylezinc：ＤＭＺ）とホスフィン（ＰＨ３）とを含むガスを、拡散のための原料ガスとして使用する。原料ガス雰囲気中において、クラッド層１４を加熱するアニール処理を行うことにより、Ｚｎを拡散させる。気相拡散を行う例において生じる問題について述べる。
【００２１】
ｐ−ＩｎＰにＺｎを拡散させるには、ＤＭＺとＰＨ３とを含む雰囲気ガス中で気相拡散が行なわれていた。ｐ−ＩｎＰ中に含まれるp型ドーパントとしてのＺｎ及びV族元素としてのＰが、雰囲気ガスに含まれることにより、ｐ−ＩｎＰの結晶品質を損なわないと考えられていたからである。ここで、気相拡散のアニール処理温度（拡散温度）は、ＤＭＺの半導体表面からの脱離しやすさと、ＰＨ３の分解しにくさにより、決定される。すなわち、ＤＭＺは固体の表面からの脱離エネルギーが小さく蒸発しやすい。このため、アニール処理の処理温度（拡散温度）が低いほどクラッド層１４へのＺｎの取り込み効率は増加する。例えば５６０℃以下の拡散温度でドーパント濃度を２×１０１８ｃｍ−３以上の高濃度にすることができる。一方で、ＰＨ３を分解し、Ｐ分子を生成するために、拡散温度を５６０℃以上まで高めることが求められる。従って、ＤＭＺ及びＰＨ３を含む雰囲気ガスを用いると、Ｚｎの取り込みとＰＨ３の分解とを両立できる拡散温度を設定することは困難であった。例えば拡散温度を５６０℃以下にすると、ＰＨ３が未分解のまま水素と共にクラッド層１４に取り込まれる。この結果、クラッド層１４中において、Ｐ、水素及びＺｎが結合し、いわゆる水素パッシベーションが生じる。つまり、Ｚｎが不活性化し、ｐ型ドーパントとして機能しなくなる。不活性化したＺｎをｐ型ドーパントとするためには、５６０℃以上の拡散温度で、例えば水素（Ｈ２）雰囲気中において２回目のアニール処理を行うことが必要である。しかし５６０℃以上の温度で、合計２回のアニール処理を行なうことにより、Ｚｎの拡散距離が大きくなり、活性層１２に拡散してしまう。これにより、活性層１２の結晶品質が劣化し、結果として発光効率が低下する。次に実施例１について説明する。
【実施例１】
【００２２】
実施例１はＤＭＺ及びアルシン（ＡｓＨ３）を用いてＺｎを拡散する例である。図２（ａ）から図３（ｂ）は実施例１に係る半導体レーザ１００の製造方法を例示する断面図である。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、基板１０上に下地層１０ａを形成する。下地層１０ａは、ｎ−ＩｎＰにより形成され、ＩｎＧａＡｓＰにより形成された回折格子（グレーティング、不図示）を含む。なお図２（ｂ）以降の図において、下地層１０ａは省略する。例えばＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）を用いて下地層１０ａ上に、活性層１２及びクラッド層１４を成長させる。活性層１２は下地層１０ａに接する。基板１０の厚さは例えば３５０μｍ、活性層１２の厚さは例えば０．３μｍ、クラッド層１４の厚さは例えば２μｍである。活性層１２の原料ガスは、例えばトリメチルインジウム（Trimethyl Indium：ＴＭＩｎ）、トリエチルガリウム（Triethyl Gallium：ＴＥＧａ）、ＰＨ３及びＡｓＨ３を含む。クラッド層１４の原料ガスはＴＭＩｎ、ＤＭＺ、ＰＨ３、ＡｓＨ３及びＨ２を含む。原料ガス中のＤＭＺの濃度は例えば体積濃度０．０００８％である。ＭＯＣＶＤ装置内の温度（成長温度）は例えば６３０℃、圧力（成長圧力）は例えば０．１気圧（９８０６７Ｐａ）である。後述のコンタクト層１６及び埋込層１８の成長においても、例えば同じ成長温度及び成長圧力を用いる。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法を用いてクラッド層１４の上面に接触するインジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）層１１を成長させる。原料ガスは例えばＴＭＩｎ、ＴＥＧａ及びＡｓＨ３を含む。ＩｎＧａＡｓ層１１の厚さは例えば０．１μｍである。ＩｎＧａＡｓ層１１を形成した後、アニール処理を行いクラッド層１４にＺｎを拡散させる。つまりＺｎを拡散させる工程は、アニール処理を行う工程を含む。アニール処理に用いる炉内の温度（拡散温度）は例えば５２０℃、圧力は例えば８０ｔｏｒｒ（１０６６４Ｐａ）である。原料ガスはＤＭＺ、ＡｓＨ３及びＨ２を含む。原料ガス中のＤＭＺの濃度は例えば０．０９％、ＡｓＨ３の濃度は例えば０．０９％である。アニール処理の時間（拡散時間）は例えば３分である。アニール処理により、Ｚｎの拡散する領域１４ａが形成される。
【００２５】
図２（ｃ）に示すように、例えばフッ化水素酸と硝酸との混合液をエッチャントして用い、ＩｎＧａＡｓ層１１を除去する。例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、クラッド層１４の上面に例えば厚さ０．５μｍのコンタクト層１６を成長させる。原料ガスは例えばＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、ＤＭＺ及びＡｓＨ３を含む。ＩｎＧａＡｓ層１１にＺｎを拡散させる工程を施すことで、ＩｎＧａＡｓ層１１の結晶性が低下し表面が荒れてしまう。このように、Ｚｎを拡散させる工程後のＩｎＧａＡｓ層１１と電極との密着性が悪くなるため、ＩｎＧａＡｓ層１１はコンタクト層には適さない。従って、Ｚｎを拡散させる工程後にＩｎＧａＡｓ層１１を除去し、再度、クラッド層１４の上にＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層１６を形成することが好ましい。また、コンタクト層１６の厚さはＩｎＧａＡｓ層１１の厚さより大きいことが好ましい。これは、ＩｎＧａＡｓ層１１の厚さが大きいと拡散時間が長くなってしまい活性層１２へＺｎの拡散がなされてしまう。一方、電極とアロイする工程において、コンタクト層１６の厚さが小さいとクラッド層１４までアロイされてしまうため、コンタクト層１６の厚さを大きくすることで、クラッド層１４までアロイされてしまうことを抑制するからである。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、コンタクト層１６の上面に二酸化シリコン（ＳｉＯ２）により形成されたマスク１３を形成する。例えばドライエッチング法により、活性層メサストライプ１５を形成する。図３（ｂ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて活性層メサストライプ１５に、例えば厚さ３μｍの埋込層１８を成長させる。原料ガスは、例えばＴＭＩｎ、シクロペンタンジエニル鉄（Ｃｐ２Ｆｅ）及びＨ２を含む。例えばフッ化水素酸に１分間マスク１３を浸し、マスク１３を除去する。例えば蒸着法により、ｎ型電極２０及びｐ型電極２２を形成する。これにより、半導体レーザ１００が形成される。
【００２７】
実施例１によれば、Ｚｎに対する固溶限界がＩｎＰより一桁高いＩｎＧａＡｓ層１１を固相拡散源として用いるため、クラッド層１４のドーパント濃度を高めることができる。さらに、アニール処理における原料ガスはＤＭＺ及びＡｓＨ３を含む。ＡｓＨ３の分解エネルギーはＰＨ３の分解エネルギーより小さいため、後述するようにＺｎの取り込みとＡｓＨ３の分解とを両立可能な拡散温度の範囲を定めることができる。
【００２８】
実施例１と比較例とでドーパント濃度を測定した。アニールによるＺｎ拡散をする前の、Ｚｎを添加しながらｐ−ＩｎＰを成長した例を比較例とする。
【００２９】
図４（ａ）はクラッド層１４の深さとドーパント濃度との関係を例示するグラフである。横軸はクラッド層１４の上面を基準としたクラッド層１４の深さ、縦軸はドーパント濃度である。破線は比較例、実線は実施例１それぞれにおける測定結果を示す。図４（ａ）に示すように、比較例において、ドーパント濃度は最大でも約２×１０１８ｃｍ−３である。実施例１において、ドーパント濃度は最大で約５×１０１８ｃｍ−３である。深さが１μｍ以上において、ドーパント濃度は低下する。深さ２μｍ程度、つまりクラッド層１４の下面近傍においてドーパント濃度は１×１０１８ｃｍ−３である。領域１４ａとクラッド層１４の境界は、活性層１２に到達していない。
【００３０】
前述のように、ＺｎのＩｎＧａＡｓに対する固溶限界は１×１０１９〜２×１０１９ｃｍ−３程度であり、ＺｎのＩｎＰに対する固溶限界より１桁高い。ＩｎＧａＡｓ層１１をＺｎの固相拡散元とすることにより、比較例のようにＺｎを気相拡散する場合よりクラッド層１４中のＺｎの濃度を高めることができる。またクラッド層１４の下面付近においてドーパント濃度が低いため、活性層１２へのＺｎの拡散を抑制することができる。このように実施例１によれば、クラッド層１４のドーパント濃度を高め、かつ活性層１２の劣化を抑制することができる。図４（ａ）において説明した実験では、ドーパント濃度のピーク（約５×１０１８ｃｍ−３）の１／５の濃度（１×１０１８ｃｍ−３）である領域が、クラッド層１４に形成される。例えば、ドーパント濃度のピークの１／１０以下の濃度である領域がクラッド層１４に形成されることがより好ましい。クラッド層１４の低抵抗化のためには、ドーパント濃度のピーク値は５×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。
【００３１】
図４（ｂ）は電流と光出力との関係を例示するグラフである。横軸は半導体レーザ１００に注入される電流、縦軸は半導体レーザ１００の光出力を表す。図４（ｂ）に示すように、比較例においては電流が２００ｍＡで、光出力は約４０ｍＷとなり、ほぼ飽和する。実施例１の光出力は２００ｍＡ以上においても飽和せず、電流の増加に伴い上昇する。実施例１において電流と光出力との間の関係は、比較例よりも良好な線形性を示す。従って、高電流を注入することにより高い光出力を得ることができる。
【００３２】
実施例１においてＤＭＺ濃度、アニール処理の拡散温度及び拡散時間を変化させ、クラッド層１４のドーパント濃度の変動を測定した。まずＤＭＺ濃度を変化させた例について説明する。
【００３３】
図５（ａ）は原料ガス中のＤＭＺ濃度とドーパント濃度との関係を例示するグラフである。横軸は拡散に用いる原料ガス中のＤＭＺ濃度、縦軸はドーパント濃度を表す。黒点は測定結果であり、実線は測定結果に基づいたドーパント濃度の計算結果である。図５（ａ）に示すように、ＤＭＺ濃度の増加に伴い、ドーパント濃度も増加する。ＤＭＺ濃度が約０．０２％において、ドーパント濃度は図４（ａ）に示した比較例の飽和値である約２×１０１８ｃｍ−３となる。高いドーパント濃度を得るために、ＤＭＺ濃度は０．０２％以上が好ましく、例えば０．０２５％以上、０．０３％以上、０．０５％以上等でもよい。
【００３４】
次に拡散温度の最適範囲について説明する。上述のように、ＤＭＺは蒸発しやすいため、拡散温度が高いほどクラッド層１４へのＺｎの取り込みの効率が低下する。その一方、ＡｓＨ３はＰＨ３より分解しやすく、かつ４７０℃以下においては分解しにくい。Ｚｎの取り込みとＡｓＨ３の分解とを両立させるため、拡散温度を例えば４７０℃以上５６０℃以下とすることが好ましい。
【００３５】
図５（ｂ）は拡散温度とドーパント濃度との関係を例示するグラフである。横軸は拡散温度、縦軸はドーパント濃度を表す。図５（ｂ）に示すように、約５２０℃においてドーパント濃度は約５×１０１８ｃｍ−３であり、最大となる。４７０℃及び５６０℃においてドーパント濃度は約２×１０１８ｃｍ−３である。４７０℃以上５６０℃以下の範囲において、Ｚｎの取り込みとＡｓＨ３の分解とを両立させ、比較例より高いドーパント濃度を得ることができる。拡散温度は例えば４８０℃以上、４９０℃以上、５５０℃以下、５４０℃以下でもよい。
【００３６】
拡散時間を変化させた例について説明する。図６（ａ）は拡散時間とドーパント濃度との関係を例示するグラフである。横軸は拡散時間、縦軸はドーパント濃度である。実線は測定結果を対数近似したドーパント濃度の計算結果である。拡散時間が長くなるほど、ドーパント濃度は高まる。点線で示すように、拡散時間が約２０秒においてドーパント濃度は約２×１０１８ｃｍ−３である。従って、拡散時間を２０秒以上とすることにより高いドーパント濃度を得ることができる。
【００３７】
クラッド層１４の抵抗の減少率（抵抗減少率）のシミュレーションを行った。半導体レーザ１００において、共振器長は３００μｍ、活性層１２の幅は１．２μｍとした。図６（ｂ）は拡散時間と抵抗の減少率との関係を例示するグラフである。横軸は拡散時間、縦軸は抵抗減少率である。拡散時間が長くなるほど、抵抗減少率は高まる。拡散時間が約０．５分において抵抗減少率は１０％を超える。拡散時間を３分とすることにより、抵抗は半減する。
【００３８】
活性層１２へのＺｎの拡散を抑制するため、クラッド層１４の厚さに応じて拡散時間を調整することが好ましい。クラッド層１４へのＺｎへの拡散距離Ｘは次の拡散方程式により与えられる。ｔは拡散時間、Ｄは拡散係数である
【数１】
2014011348.tif 000003
拡散距離Ｘがクラッド層１４の厚さＴを超えると、Ｚｎが活性層１２に拡散する。従って、拡散距離Ｘが厚さＴとなる拡散時間を拡散時間の上限ｔｍａｘと定めることが好ましい。拡散方程式に基づき、拡散時間の上限ｔｍａｘは次式で与えられる。
【数２】
2014011348.tif 000004
活性層１２へのＺｎの拡散を抑制するため、拡散時間ｔはｔｍａｘ以下、又は未満であることが好ましい。
【実施例２】
【００３９】
実施例２はｐｎ−ＢＨ（pn-Buried hetero：ｐｎ埋込）構造の例である。図７はｐｎ−ＢＨ構造の半導体レーザ２００を例示する断面図である。
【００４０】
図７に示すように、半導体レーザ２００は、基板１０、活性層１２、クラッド層１４、埋込層２４及び２６、ｎ型電極２０、並びにｐ型電極２２を備える。埋込層２４は例えばｐ−ＩｎＰにより形成されている。埋込層２６は例えばｎ−ＩｎＰにより形成され、埋込層２４の上面に接触している。クラッド層１４は埋込層２６の上面に接触している。
【００４１】
図８（ａ）から図９（ｂ）は実施例２に係る半導体レーザ２００の製造方法を例示する断面図である。図８（ａ）に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて基板１０上に活性層１２を成長させる。さらにＭＯＣＶＤ法を用いて、活性層１２の上に、クラッド層１４の第１層１４ｂを成長させる。第１層１４ｂの厚さは例えば０．５μｍである。成長条件（原料ガス、成長温度及び成長圧力）は、例えば実施例１と同じ条件である。
【００４２】
図８（ｂ）に示すように、第１層１４ｂの上にマスク１３を設ける。例えばドライエッチング法により、活性層メサストライプ１５を形成する。図８（ｃ）に示すように、例えばＭＯＣＶＤ法を用いて、活性層メサストライプ１５に埋込層２４を成長させる。ＭＯＣＶＤ法を用いて埋込層２４の上に埋込層２６を成長させる。埋込層２４の成長条件は、例えばクラッド層１４と同じものを用いる。埋込層２６の原料ガスは、例えばＴＭＩｎ、ジシラン（ＳｉＨ６）、及びＰＨ３を含む。埋込層２６の成長温度及び成長圧力は、例えば埋込層２４と同じものを用いる。
【００４３】
図９（ａ）に示すように、マスク１３を除去した後、第２層１４ｃを成長させる。第２層１４ｃの厚さは例えば１．５μｍである。第１層１４ｂと第２層１４ｃとはクラッド層１４を形成する。図９（ｂ）に示すように、クラッド層１４の上にＩｎＧａＡｓ層１１を成長させる。アニール処理によりクラッド層１４にＺｎを拡散させる。拡散温度は例えば５００℃である。原料ガス、圧力及び拡散時間は実施例１と同じである。アニール処理の後、ＩｎＧａＡｓ層１１を除去し、コンタクト層１６、ｎ型電極２０及びｐ型電極２２を形成する。これにより半導体レーザ２００が形成される。
【００４４】
実施例２によれば、実施例１と同様に、ドーパント濃度を高め、かつ活性層１２の劣化を抑制することができる。埋込層２４を例えばＦｅ−ＩｎＰにより形成することにより、半導体レーザ２００をＳＩＰＢＨ（Semi-Insulating Planar Buried hetero：半絶縁性平坦化埋込）構造としてもよい。Ｆｅ−ＩｎＰにより形成された埋込層２４の成長条件は、例えばコンタクト層１６の成長条件と同じである。
【００４５】
実施例１および実施例２では、ＩｎＧａＡｓ層１１を除去しコンタクト層１６を形成しているが、ＩｎＧａＡｓ層１１をコンタクト層として使用してもよい。つまりＩｎＧａＡｓ層１１を除去せず、ＩｎＧａＡｓ層１１上にｐ型電極２２を設けてもよい。また、下地層１０ａはｎ−ＩｎＰ層以外のｎ型導電性半導体層としてもよい。ＩｎＧａＡｓ層１１以外に、例えばインジウムガリウム砒素リン（ＩｎＧａＡｓＰ）を含む半導体層をクラッド層１４上に設けてもよい。固相拡散元はＩｎＧａＡｓ又はＩｎＧａＡｓＰを含めばよい。また、実施例１および実施例２は、半導体レーザについて詳述したが、半導体層のドーパント濃度を高めるために拡散を用いる工程に有効であり、半導体レーザ以外の半導体素子に適用してもよい。
【００４６】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０                                  基板
１０ａ                                下地層
１２                                  活性層
１１                                  ＩｎＧａＡｓ層
１４                                  クラッド層
１６                                  コンタクト層
１８、２４、２６                      埋込層
２２                                  ｐ型電極
１００、２００                        半導体レーザ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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