(57)【要約】【課題】ｐ型ドーパントをドープしたｐ型半導体層から、バッファ層としての第１ドーパント層を介して活性層などの所定の機能を有する機能半導体層へのｐ型ドーパントの拡散量が抑制できるように制御し、安定した機能を実現する機能半導体層を形成すること。【解決手段】ｎ型ＩｎＰ基板１１の上層にｐ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層１５を積層する活性層積層工程と、Ｆｅが所定量ドープされたＦｅ−ＩｎＰ層１６を積層するＦｅ−ＩｎＰ層積層工程と、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６の積層面に接し、ｐ型クラッド層１７を積層するｐ型クラッド層積層工程と、ドーパントされたＦｅとｐ型ドーパントであるＺｎとを相互拡散させ、Ｚｎがｐ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層１５に拡散することを抑制するとともにＦｅを所定量拡散させる相互拡散工程とを含む。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型の化合物半導体基板の上位層に、所定の機能を有する機能半導体層を積層して形成する機能半導体層形成工程と、
前記機能半導体層の最上層に、第１のドーパントが所定量ドープされた第１ドーパント層を積層する第１ドーパント層積層工程と、
前記第１ドーパント層の積層面に接し、ｐ型のドーパントがドープされたｐ型半導体層を積層するｐ型半導体層積層工程と、
前記第１のドーパントと前記ｐ型のドーパントとの相互拡散によって、前記ｐ型半導体層に前記第１のドーパントを拡散させるとともに、前記第１ドーパント層に前記ｐ型のドーパントを拡散させる相互拡散工程と、
を含むことを特徴とする積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項２】
ｐ型の化合物半導体基板の上層にｐ型のドーパントがドープされたｐ型半導体層を積層するｐ型半導体層積層工程と、
前記ｐ型半導体層の積層面に接し、第１のドーパントが所定量ドープされた第１ドーパント層を積層する第１ドーパント層積層工程と、
前記第１ドーパント層の上層に所定の機能を有する機能半導体層を積層して形成する機能半導体層形成工程と、
前記第１のドーパントと前記ｐ型のドーパントとの相互拡散によって、前記ｐ型半導体層に前記第１のドーパントを拡散させるとともに、前記第１のドーパント層に前記ｐ型のドーパントを拡散させる相互拡散工程と、
を含むことを特徴とする積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記第１のドーパントの濃度は、前記ｐ型のドーパントの濃度に比して小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記第１のドーパントは、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、またはバナジウム（Ｖ）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記ｐ型のドーパントは、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記化合物半導体基板は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板またはインジウム燐（ＩｎＰ）基板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記ｐ型半導体層は、インジウム燐（ＩｎＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＡｌＩｎＡｓからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項８】
前記第１ドーパント層の膜厚は、１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１のドーパントの濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上、１×１０17ｃｍ-3以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１のドーパントの濃度は、前記機能半導体層側から前記ｐ型半導体層側に向けて順次増大するように形成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記相互拡散工程は、前記ｐ型半導体層積層工程とともに行われることを特徴とする請求項１または３〜１０のいずれか一つに記載の積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記相互拡散工程は、前記機能半導体層形成工程とともに行われることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか一つに記載の積層構造を有する半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
ｎ型化合物半導体基板の上位層に量子井戸層と光閉じ込め層とを有する活性層を積層する活性層積層工程と、
前記活性層の最上層に遷移金属が所定量ドープされた遷移金属ドーパント層を積層する遷移金属ドーパント層積層工程と、
前記遷移金属ドーパント層の積層面に接し、ｐ型ドーパントがドープされたｐ型クラッド層を積層するｐ型クラッド層積層工程と、
前記遷移金属と前記ｐ型ドーパントとの相互拡散によって、前記ｐ型クラッド層に前記遷移金属を拡散させるとともに、前記遷移金属ドーパント層に前記ｐ型ドーパントを拡散させる相互拡散工程と、
を含むことを特徴とする半導体レーザ素子製造方法。
【請求項１４】
前記遷移金属ドーパント層と前記ｐ型クラッド層との間に、エネルギー障壁を設けて電子の流れ込みを抑制するｐ型電子ストップ層を積層する電子ストップ層積層工程を含み、
前記相互拡散工程は、前記遷移金属と前記ｐ型電子ストップ層内のｐ型ドーパントとの相互拡散によって、前記ｐ型電子ストップ層に前記遷移金属を拡散させるとともに、前記遷移金属ドーパント層に前記ｐ型ドーパントを拡散させることを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ素子製造方法。
【請求項１５】
ｐ型化合物半導体基板上にｐ型ドーパントがドープされたｐ型クラッド層を積層するｐ型クラッド層積層工程と、
前記ｐ型クラッド層の積層面に接し、遷移金属が所定量ドープされた遷移金属ドーパント層を積層する遷移金属ドーパント層積層工程と、
前記遷移金属ドーパント層上に量子井戸層と光閉じ込め層とを有する活性層を積層する活性層積層工程と、
前記遷移金属と前記ｐ型ドーパントとを相互拡散によって、前記ｐ型クラッド層に前記遷移金属を拡散させるとともに、前記遷移金属ドーパント層に前記ｐ型ドーパントを拡散させる相互拡散工程と、
を含むことを特徴とする半導体レーザ素子製造方法。
【請求項１６】
前記遷移金属のドーパント濃度は、前記ｐ型ドーパントの濃度に比して小さいことを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子製造方法。
【請求項１７】
前記遷移金属は、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、またはバナジウム（Ｖ）であることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一つ記載の半導体レーザ素子製造方法。
【請求項１８】
前記ｐ型ドーパントは、亜鉛（Ｚｎ）、またはマグネシウム（Ｍｇ）であることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子製造方法。
【請求項１９】
前記ｎ型化合物半導体基板あるいは前記ｐ型化合物半導体基板は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板またはインジウム燐（ＩｎＰ）基板であることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子製造方法。
【請求項２０】
前記ｐ型クラッド層または前記ｐ型電子ストップ層は、インジウム燐（ＩｎＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＡｌＩｎＡｓからなる半導体層であることを特徴とする請求項１３〜１９のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子製造方法。
【請求項２１】
前記遷移金属ドーパント層の膜厚は、１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子製造方法。
【請求項２２】
前記遷移金属ドーパント層にドープされる前記遷移金属の濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上、１×１０17ｃｍ-3以下であることを特徴とする請求項１３〜２１のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子製造方法。
【請求項２３】
前記遷移金属ドーパント層にドープされる前記遷移金属の濃度は、前記活性層側から前記ｐ型クラッド層あるいは前記ｐ型電子ストップ層側に向かって順次増大して形成することを特徴とする請求項１３〜２２のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子製造方法。
【請求項２４】
前記相互拡散工程は、前記ｐ型クラッド層積層工程とともに行われることを特徴とする請求項１３または１４または１６〜２３のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子製造方法。
【請求項２５】
前記相互拡散工程は、前記活性層積層工程とともに行われることを特徴とする請求項１５〜２３のいずれか一つに記載の半導体レーザ素子製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、積層構造を有する半導体素子の製造方法および半導体レーザ素子製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から半導体レーザ素子は、活性層を含む各種の積層構造を持たせて実現している。この半導体レーザ素子は、たとえば、ｎ型化合物半導体基板上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）あるいは分子線気相成長法（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）によってｎ型クラッド層、このｎ型クラッド層上にレーザ光を閉じ込めるとともにレーザ光を導波するｎ側ＳＣＨ層、このｎ側ＳＣＨ層上にレーザ光を発光する多重量子井戸構造の活性層、この活性層上にｐ側ＳＣＨ層、このｐ側ＳＣＨ層上にｐ型クラッド層とコンタクト層を順次積層し、その後、蒸着法によって、コンタクト層上にｐ側電極と化合物半導体基板下部にｎ側電極とを形成している。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８６５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したＭＯＣＶＤ法あるいはＭＢＥ法においては、全て同一基板上に順次下層から上層へと積層し、この各積層膜は結晶構造であるため、この積層膜の積層工程は高温下で行われる。そして、上層の膜を積層する場合、すでに積層された下層の膜も同時に加熱されることになる。
【０００５】
このため、たとえばｐ型クラッド層よりも上位の各層を積層する場合、この積層される各層の積層時の熱によって、ｐ型クラッド層のｐ型ドーパントが下層のｐ側ＳＣＨ層に拡散し、半導体レーザ素子の性能を劣化させてしまうことになる。そこで、図１０に示すように、ｐ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層１５とｐ型ＩｎＰクラッド層１７との間にノンドープ層１６Ａを積層し、このノンドープ層１６Ａを介在させることによって、ｐ型ＩｎＰクラッド層１７のｐ型ドーパントであるＺｎがｐ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層１５に拡散するのを緩衝させている（特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、薄膜積層装置の性能のばらつき、あるいは積層条件のばらつき等によって、図１０に示すように、Ｚｎがノンドープ層１６Ａを超え、ｐ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層１５に熱拡散し、安定した性能の半導体レーザ素子を製造できないという問題点があった。
【０００７】
この発明は上記に鑑みてなされたものであって、ｐ型ドーパントをドープしたｐ型半導体層から、バッファ層としての第１ドーパント層を介して活性層などの所定の機能を有する機能半導体層へのｐ型ドーパントの拡散量が抑制できるように制御し、安定した機能を実現する機能半導体層を形成することができる積層構造を有する半導体素子の製造方法および半導体レーザ素子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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、ｎ型の化合物半導体基板の上位層に、所定の機能を有する機能半導体層を積層して形成する機能半導体層形成工程と、前記機能半導体層の最上層に、第１のドーパントが所定量ドープされた第１ドーパント層を積層する第１ドーパント層積層工程と、前記第１ドーパント層の積層面に接し、ｐ型のドーパントがドープされたｐ型半導体層を積層するｐ型半導体層積層工程と、前記第１のドーパントと前記ｐ型のドーパントとの相互拡散によって、前記ｐ型半導体層に前記第１のドーパントを拡散させるとともに、前記第１ドーパント層に前記ｐ型のドーパントを拡散させる相互拡散工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、ｐ型の化合物半導体基板の上層にｐ型のドーパントがドープされたｐ型半導体層を積層するｐ型半導体層積層工程と、前記ｐ型半導体層の積層面に接し、第１のドーパントが所定量ドープされた第１ドーパント層を積層する第１ドーパント層積層工程と、前記第１ドーパント層の上層に所定の機能を有する機能半導体層を積層して形成する機能半導体層形成工程と、前記第１のドーパントと前記ｐ型のドーパントとの相互拡散によって、前記ｐ型半導体層に前記第１のドーパントを拡散させるとともに、前記第１のドーパント層に前記ｐ型のドーパントを拡散させる相互拡散工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記第１のドーパントの濃度は、前記ｐ型のドーパントの濃度に比して小さいことを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記第１のドーパントは、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、またはバナジウム（Ｖ）であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記ｐ型のドーパントは、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）であることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記化合物半導体基板は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板またはインジウム燐（ＩｎＰ）基板であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記ｐ型半導体層は、インジウム燐（ＩｎＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＡｌＩｎＡｓからなることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項８にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記第１ドーパント層の膜厚は、１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項９にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記第１のドーパントの濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上、１×１０17ｃｍ-3以下であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１０にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記第１のドーパントの濃度は、前記機能半導体層側から前記ｐ型半導体層側に向けて順次増大するように形成したことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１１にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記相互拡散工程は、前記ｐ型半導体層積層工程とともに行われることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１２にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法は、上記の発明において、前記相互拡散工程は、前記機能半導体層形成工程とともに行われることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１３にかかる半導体レーザ素子製造方法は、ｎ型化合物半導体基板の上位層に量子井戸層と光閉じ込め層とを有する活性層を積層する活性層積層工程と、前記活性層の最上層に遷移金属が所定量ドープされた遷移金属ドーパント層を積層する遷移金属ドーパント層積層工程と、前記遷移金属ドーパント層の積層面に接し、ｐ型ドーパントがドープされたｐ型クラッド層を積層するｐ型クラッド層積層工程と、前記遷移金属と前記ｐ型ドーパントとの相互拡散によって、前記ｐ型クラッド層に前記遷移金属を拡散させるとともに、前記遷移金属ドーパント層に前記ｐ型ドーパントを拡散させる相互拡散工程と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１４にかかる半導体レーザ素子製造方法は、上記の発明において、前記遷移金属ドーパント層と前記ｐ型クラッド層との間に、エネルギー障壁を設けて電子の流れ込みを抑制するｐ型電子ストップ層を積層する電子ストップ層積層工程を含み、前記相互拡散工程は、前記遷移金属と前記ｐ型電子ストップ層内のｐ型ドーパントとの相互拡散によって、前記ｐ型電子ストップ層に前記遷移金属を拡散させるとともに、前記遷移金属ドーパント層に前記ｐ型ドーパントを拡散させることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１５にかかる半導体レーザ素子製造方法は、ｐ型化合物半導体基板上にｐ型ドーパントがドープされたｐ型クラッド層を積層するｐ型クラッド層積層工程と、前記ｐ型クラッド層の積層面に接し、遷移金属が所定量ドープされた遷移金属ドーパント層を積層する遷移金属ドーパント層積層工程と、前記遷移金属ドーパント層上に量子井戸層と光閉じ込め層とを有する活性層を積層する活性層積層工程と、前記遷移金属と前記ｐ型ドーパントとを相互拡散によって、前記ｐ型クラッド層に前記遷移金属を拡散させるとともに、前記遷移金属ドーパント層に前記ｐ型ドーパントを拡散させる相互拡散工程と、を含むことを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１６にかかる半導体レーザ素子製造方法は、上記の発明において、前記遷移金属のドーパント濃度は、前記ｐ型ドーパントの濃度に比して小さいことを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１７にかかる半導体レーザ素子製造方法は、上記の発明において、前記遷移金属は、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）、またはバナジウム（Ｖ）であることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１８にかかる半導体レーザ素子製造方法は、上記の発明において、前記ｐ型ドーパントは、亜鉛（Ｚｎ）、またはマグネシウム（Ｍｇ）であることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１９にかかる半導体レーザ素子製造方法は、上記の発明において、前記ｎ型化合物半導体基板あるいは前記ｐ型化合物半導体基板は、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板またはインジウム燐（ＩｎＰ）基板であることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項２０にかかる半導体レーザ素子製造方法は、上記の発明において、前記ｐ型クラッド層または前記ｐ型電子ストップ層は、インジウム燐（ＩｎＰ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ＧａＩｎＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、またはＡｌＩｎＡｓからなる半導体層であることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項２１にかかる半導体レーザ素子製造方法は、上記の発明において、前記遷移金属ドーパント層の膜厚は、１０ｎｍ以上、３００ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項２２にかかる半導体レーザ素子製造方法は、上記の発明において、前記遷移金属ドーパント層にドープされる前記遷移金属の濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上、１×１０17ｃｍ-3以下であることを特徴とする。
【００３０】
また、請求項２３にかかる半導体レーザ素子製造方法は、上記の発明において、前記遷移金属ドーパント層にドープされる前記遷移金属の濃度は、前記活性層側から前記ｐ型クラッド層あるいは前記ｐ型電子ストップ層側に向かって順次増大して形成することを特徴とする。
【００３１】
また、請求項２４にかかる半導体レーザ素子製造方法は、上記の発明において、前記相互拡散工程は、前記ｐ型クラッド層積層工程とともに行われることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項２５にかかる半導体レーザ素子製造方法は、上記の発明において、前記相互拡散工程は、前記活性層積層工程とともに行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
この発明にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法および半導体レーザ素子製造方法では、活性層などの機能半導体層上に積層された第１ドーパント層の第１のドーパントと前記第１ドーパント層の積層面に接して形成されたｐ型半導体層のｐ型のドーパントとを相互拡散によって、前記ｐ型半導体層に前記第１のドーパントを前記所定量拡散させるとともに、前記第１ドーパント層に前記ｐ型のドーパントを前記所定量拡散させ、この第１のドーパントの所定量を制御することによって、ｐ型半導体層から機能半導体層へのｐ型ドーパントの拡散量を抑制できるので、安定した機能をもった機能半導体層を形成することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる積層構造を有する半導体素子の製造方法および半導体レーザ素子製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１である半導体素子１の積層断面を示す断面模式図である。図１に示すように、この半導体レーザ素子１は、ｎ型ＩｎＰ基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法によって、成膜温度６００℃、成膜速度２．０〜３．０μｍ／ｈｒという条件で、ｎ型ＩｎＰクラッド層１２、ｎ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１３、ＧａＩｎＡｓＰ活性層１４、ｐ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層１５が順次積層される。
【００３６】
その後、フェロセン（（Ｃ5Ｈ5）2Ｆｅ）をＦｅのドーピング原料としてＦｅのドーパント濃度が１×１０16ｃｍ-3のＦｅ−ＩｎＰ層１６が１０〜３００ｎｍ積層され、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６上にＺｎをドーパントとしたｐ型ＩｎＰクラッド層１７が積層される。なお、Ｆｅのドーピング原料としてペンタカルボニルアイロン（Ｆｅ（ＣＯ）5）を用いてもよい。
【００３７】
ｐ型ＩｎＰクラッド層１７が積層された後、誘電体マスクがｐ型ＩｎＰクラッド層１７上に堆積され、フォトリソグラフィとエッチングとによってストライプマスクが形成され、ウェットエッチングによって、ＧａＩｎＡｓＰ活性層１４を含むｎ型ＩｎＰ基板１１がメサストライプ状に形成される。なお、このメサストライプ状の形成は、ウェットエッチングに限らずドライエッチングによって形成してもよい。
【００３８】
その後、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層２１、ｎ型ＩｎＰ埋め込み層２２が順次形成され、誘電体ストライプマスクが除去された後、ｐ型ＩｎＰクラッド層１８、コンタクト層１９、が順次積層される。さらに、コンタクト層１９の上部にｐ側電極２０が形成され、ｎ型ＩｎＰ基板１１の下部にｎ側電極１０が形成される。
【００３９】
ここで、図２を参照して、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６が積層され、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６のドーパントであるＦｅとｐ型ＩｎＰクラッド層１７のｐ型ドーパントであるＺｎとが相互拡散し、Ｚｎがｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５に拡散しないように制御できることについて説明する。
【００４０】
図２に示すように、ｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５上にＦｅ−ＩｎＰ層１６が積層され、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６上にｐ型ＩｎＰクラッド層１７が積層された場合、その後の積層工程における高温環境によって、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６とｐ型ＩｎＰクラッド層１７との接合界面を介してＦｅとＺｎと相互に熱拡散する。
【００４１】
一般に、不純物Ａがドープされた半導体層に、不純物を含まない半導体層を接合させた場合、不純物Ａは、不純物を含まない半導体層にブロッキングされる。しかし、不純物Ａがドープされた半導体層と不純物Ｂがドープされた半導体層とを接合した場合、特に、不純物ＡをＺｎとし、不純物Ｂを遷移金属とした場合、Ｚｎは、遷移金属がドープされた半導体層に拡散し、遷移金属は、Ｚｎがドープされた半導体層に拡散するという相互拡散が行われ、Ｚｎと遷移金属とが互いに置換される。この相互拡散は、接合界面の不純物濃度を高くし、高温に保持した場合、さらに促進される。
【００４２】
図２に示すように、ｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５上にＦｅが所定濃度ドープされたＦｅ−ＩｎＰ層１６、Ｚｎがドープされたｐ型ＩｎＰクラッド層１７を順次積層し、高温に保持した場合、ＦｅとＺｎとの相互拡散のみが促進される。その結果、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６のＦｅは、ｐ型ＩｎＰクラッド層１７層のＺｎに略全て置換され、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６のＦｅは、ｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５へ拡散しないばかりか、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６に拡散したＺｎは、ｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５へ再拡散しない。すなわち、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６のＦｅのドープ量を制御することによって、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６に拡散するＺｎの量を精度高く制御することができ、これによって、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６へのＺｎの拡散とｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５への不拡散を確実に行うことができる。
【００４３】
つまり、ｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５とｐ型ＩｎＰクラッド層１７との間にＦｅ−ＩｎＰ層１６を積層し、このＦｅ−ＩｎＰ層１６へのＦｅのドープ量を制御することによって、ｐ型ＩｎＰクラッド層１７からＦｅ−ＩｎＰ層１６へのＺｎの拡散と、このＺｎのｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５への拡散を確実に防止することができる。
【００４４】
ところで、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６は、一般に高い絶縁性を有するが、Ｆｅのドープ量をＺｎの拡散量と同量とすることで、Ｆｅは、略全てＺｎと置換されてｐ型ＩｎＰクラッド層１７に転化し、導電性を有することになり、半導体レーザ素子１の性能に悪影響を及ぼすことはない。
【００４５】
この実施の形態１では、ｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５とｐ型ＩｎＰクラッド層１７との間にＦｅ−ＩｎＰ層１６を積層し、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６のドーパントであるＦｅとｐ型ＩｎＰクラッド層１７のドーパントであるＺｎとを相互拡散させることによって、Ｚｎがｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５に拡散するのを防止できる。
【００４６】
また、この実施の形態１では、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６のドーパントをＦｅとしていたが、Ｆｅに代えてＣｒ、Ｖ等をドーパントとしてもよい。また、ｐ型ＩｎＰクラッド層１７にＺｎをドープしていたが、Ｚｎに代えてＭｇをドープしてもよい。
【００４７】
さらに、この実施の形態１では、ｐ型ＩｎＰクラッド層１７を積層した後の積層工程に６００℃、３０分が保持される相互拡散工程が含まれることとしていたが、この相互拡散工程が含まれない場合、ｐ型ＩｎＰクラッド層１７を積層した後、６００〜８００℃を３０分保持する相互拡散工程を独立して加えるようにしてもよい。また、ｎ型ＩｎＰ基板上への各層の積層方法は、ＭＯＣＶＤ法を用いたが、ＭＢＥ法等の他の積層方法によって積層してもよい。
【００４８】
（変形例）
つぎに、この発明の実施の形態１の変形例について説明する。実施の形態１では、Ｆｅを一様にドープしたＦｅ−ＩｎＰ層１６を積層していたが、この変形例では、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６を分割して積層し、Ｆｅのドープ量を段階的に変化するようにしている。
【００４９】
図３は、ｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５とＦｅ−ＩｎＰ層１６とｐ型ＩｎＰクラッド層１７との積層断面を示した断面模式図である。図３に示すように、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６は、３層のＦｅ−ＩｎＰ層１６ａ,１６ｂ,１６ｃに分割され、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６ａは、膜厚１０ｎｍ、Ｆｅ濃度１×１０16ｃｍ-3であり、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６ｂは、膜厚３０ｎｍ、Ｆｅ濃度５×１０16ｃｍ-3であり、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６ｃは、膜厚５０ｎｍ、Ｆｅ濃度１×１０17ｃｍ-3としている。
【００５０】
Ｆｅ−ＩｎＰ層１６のＦｅとｐ型ＩｎＰクラッド層１７のＺｎとの相互拡散は、接合面を介して行われ、Ｚｎの拡散速度は、接合界面に近い領域ほど速く、また、Ｚｎの拡散量は、接合界面に近い領域ほど多い。
【００５１】
そこで、Ｚｎの拡散速度と拡散量に対応し、接合界面に近い領域にＦｅ濃度が高い層を厚く積層すると、ＦｅとＺｎとの相互拡散が短時間に、かつ確実に行われる。この結果、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６にドープされたＦｅが略完全にＺｎに置換されるとともに、Ｚｎのｐ側ＧａＩｎＡｓＳＣＨ層１５への拡散を確実に防止できる。
【００５２】
なお、この変形例では、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６をＦｅ−ＩｎＰ層１６ａ,１６ｂ,１６ｃに３分割していたが、３分割に限定する必要はない。また、各Ｆｅ−ＩｎＰ層１６ａ,１６ｂ,１６ｃのＦｅ濃度および膜厚も、Ｚｎの拡散速度および拡散量に応じて組合わせを変化させてもよい。さらに、Ｆｅ−ＩｎＰ層１６を分割し、段階的に積層せず、Ｆｅ濃度を連続的に変化させたＦｅ−ＩｎＰ層１６を積層してもよい。
【００５３】
（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、ｎ型ＩｎＰ基板１１上に半導体レーザ素子１を製造していたが、この実施の形態２では、ｐ型ＩｎＰ基板上に半導体レーザ素子を製造するようにしている。
【００５４】
図４は、この発明の実施の形態２であるメサ型の半導体レーザ素子２を示す断面図である。図４に示すように、この半導体レーザ素子２は、ｐ型ＩｎＰ基板５１上にＭＯＣＶＤ法によって、ｐ型ＩｎＰクラッド層５２、Ｆｅ−ＩｎＰ層５３、ｐ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層５４、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５５、ｎ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層５６、ｎ型ＩｎＰクラッド層５７が順次積層される。
【００５５】
ｎ型ＩｎＰクラッド層５７が積層された後、フォトリソグラフィとエッチングとウェットエッチングとによって、ＧａＩｎＡｓＰ活性層５５を含むｐ型ＩｎＰ基板５１がメサストライプ状に形成される。その後、ｐ型ＩｎＰ埋め込み層６１、ｎ型ＩｎＰ埋め込み層６２、ｐ型ＩｎＰクラッド層６３が順次形成され、ｐ型ＩｎＰクラッド層５８、コンタクト層５９が順次積層される。さらに、コンタクト層５９の上部にｎ側電極６０が形成され、ｐ型ＩｎＰ基板５１の下部にｐ側電極５０を形成される。
【００５６】
この半導体レーザ素子２は、ｐ型ＩｎＰクラッド層５２とｐ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層５４との間にＦｅ−ＩｎＰ層５３を積層することによって、ｐ型ＩｎＰクラッド層５２のドーパントであるＺｎがｐ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層５４へ拡散することを防止している。
【００５７】
（実施の形態３）
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１,２では、メサ型の半導体レーザ素子１,２にＦｅのドープ層を積層するようにしていたが、この実施の形態３では、リッジ型の半導体レーザ素子にＦｅのドープ層を積層するようにしている。
【００５８】
図５は、この発明の実施の形態３であるリッジ型の半導体レーザ素子３を示す断面模式図である。図５に示すように、この半導体レーザ素子３は、ｐ側ＡｌＧａＩｎＰＳＣＨ層２７とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２９との間にＦｅがドープされたＦｅ−ＡｌＧａＩｎＰ層２８が積層されている。
【００５９】
この半導体レーザ素子３は、ｐ側ＡｌＧａＩｎＰＳＣＨ層２７とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２９との間にＦｅ−ＡｌＧａＩｎＰ層２８を積層することによって、ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２９のドーパントであるＺｎがｐ側ＡｌＧａＩｎＰＳＣＨ層２７へ拡散することを防止している。
【００６０】
（変形例１）
つぎに、この実施の形態３の変形例１について説明する。実施の形態３では、ｐ側ＡｌＧａＩｎＰＳＣＨ層２７とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２９との間にＦｅ−ＡｌＧａＩｎＰ層２８を積層していたが、この変形例１では、ｐ側ＡｌＧａＡｓＳＣＨ層とｐ型ＡｌＧａクラッド層との間にＦｅをドープしたＦｅ−ＡｌＧａＡｓ層を積層している。
【００６１】
図６は、この発明の実施の形態３の変形例１であるリッジ型の半導体レーザ素子４の断面模式図である。図６に示すように、この半導体レーザ素子４は、ｐ側ＡｌＧａＡｓＳＣＨ層４０とｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４２との間にＦｅをドープしたＦｅ−ＡｌＧａＡｓ層４１が積層されている。
【００６２】
この半導体レーザ素子４は、ｐ側ＡｌＧａＡｓＳＣＨ層４０とｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４２との間にＦｅ−ＡｌＧａＡｓ層４０を積層することによって、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層４２のドーパントであるＺｎがｐ側ＡｌＧａＡｓＳＣＨ層４０へ拡散することを防止している。
【００６３】
（変形例２）
つぎに、この実施の形態３の変形例２について説明する。実施の形態３および変形例１では、ｐ側ＳＣＨ層とｐ型クラッド層との間にＦｅのドープ層を積層していたが、この変形例２では、ｐ側ＳＣＨ層とｐ型電子ストップ層との間にＦｅのドープ層を積層するようにしている。
【００６４】
図７は、この発明の実施の形態３の変形例２であるリッジ型の半導体レーザ素子５の断面模式図である。図７に示すように、この半導体レーザ素子５は、エネルギー障壁を設けて電子を閉じ込めるｐ型ＡｌＩｎＡｓ電子ストップ層３６を有し、ｐ側ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層３４とｐ型ＡｌＩｎＡｓ電子ストップ層３６との間にＦｅをドープしたＦｅ−ＡｌＩｎＡｓ層３５が積層されている。
【００６５】
この半導体レーザ素子５は、ｐ側ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層３４とｐ型ＡｌＩｎＡｓ電子ストップ層３６との間にＦｅ−ＡｌＩｎＡｓ層３５を積層することによって、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ電子ストップ層３６のドーパントであるＺｎがｐ側ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層３４へ拡散することを防止している。
【００６６】
（変形例３）
つぎに、この発明の実施の形態３の変形例３について説明する。実施の形態３では、リッジ型の導体レーザ素子３〜５にＦｅのドープ層を積層するようにしていたが、この変形例３では、ＳＡＳ型の半導体レーザ素子にＦｅのドープ層を積層するようにしている。
【００６７】
図８は、この発明の実施の形態３の変形例３であるＳＡＳ型の半導体レーザ素子６を示す断面模式図である。図８に示すように、この半導体レーザ素子６は、注入された電流を狭窄し、効率的にレーザ光を発光させる電流ブロッキング層３０を有し、ｐ側ＡｌＧａＩｎＰＳＣＨ層２７とｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層２９との間にＦｅがドープされたＦｅ−ＡｌＧａＩｎＰ層２８が積層されている。
【００６８】
この半導体レーザ素子６は、ｐ側ＡｌＧａＩｎＰＳＣＨ層２７とｐ型ＡｌＧａＩｎＰ層２９との間にＦｅ−ＡｌＧａＩｎＰ層２８を積層することによって、ｐ型ＡｌＧａＩｎ層２９のドーパントであるＺｎがｐ側ＡｌＧａＩｎＰＳＣＨ層２７へ拡散することを防止している。
【００６９】
（変形例４）
つぎに、この発明の実施の形態３の変形例４について説明する。実施の形態３の変形例３では、ＳＡＳ型の導体レーザ素子６にＦｅのドープ層を積層するようにしていたが、この変形例４では、電子ストップ層を有するＳＡＳ型の半導体レーザ素子にＦｅのドープ層を積層するようにしている。
【００７０】
図９は、この発明の実施の形態３の変形例４であるＳＡＳ型の半導体レーザ素子７を示す断面模式図である。図９に示すように、この半導体レーザ素子７は、ｐ側ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層３４とｐ型ＡｌＩｎＡｓ電子ストップ層３６との間にＦｅがドープされたＦｅ−ＡｌＩｎＡｓ層３５が積層されている。
【００７１】
この半導体レーザ素子７は、ｐ側ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層３４とｐ型ＡｌＩｎＡｓ電子ストップ層３６との間にＦｅ−ＡｌＩｎＡｓ層３５を積層することによって、ｐ型ＡｌＩｎＡｓ電子ストップ層３６のドーパントであるＺｎがｐ側ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層３４へ拡散することを防止している。
【００７２】
なお、上述の実施の形態１〜３では、半導体レーザ素子を例示し、半導体レーザ素子が有するＳＣＨ層とクラッド層との間、あるいはＳＣＨ層と電子ストップ層との間にＦｅのドーパント層を積層し、クラッド層、あるいは電子ストップ層のドーパントのＳＣＨ層への拡散を防止するようにしていたが、半導体レーザ素子に限らず、他の半導体素子の機能を有する機能層とドーパント層との間にＦｅのドーパント層を積層し、このドーパント層のドーパントが機能層へ拡散することを防止するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ素子の積層断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１にかかる半導体レーザ素子の積層断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１の変形例にかかるＦｅのドーパント層の積層断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２にかかる半導体レーザ素子の積層断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３にかかるリッジ型半導体レーザ素子の積層断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３の変形例１にかかるリッジ型半導体レーザ素子の積層断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３の変形例２にかかるリッジ型半導体レーザ素子の積層断面図である。
【図８】この発明の実施の形態３の変形例３にかかるＳＡＳ型半導体レーザ素子の積層断面図である。
【図９】この発明の実施の形態３の変形例４にかかるＳＡＳ型半導体レーザ素子の積層断面図である。
【図１０】従来技術の半導体レーザ素子の積層断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１,２,３,４,５,６,７  半導体レーザ素子
１０,６０  ｎ側電極
１１  ｎ型ＩｎＰ基板
１２,５７,５８  ｎ型ＩｎＰクラッド層
１３,５６  ｎ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層
１４  ＧａＩｎＡｓＰ活性層
１５,５４  ｐ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層
１６,１６ａ,１６ｂ,１６ｃ,５３  Ｆｅ−ＩｎＰ層
１７,１８,５２,６３  ｐ型ＩｎＰクラッド層
１９  コンタクト層
２０,５０  ｐ側電極
２１,６１  ｐ型ＩｎＰ埋め込み層
２２,６２  ｎ型ＩｎＰ埋め込み層
２３  ｎ型ＧａＡｓ基板
２４  ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
２５  ｎ側ＡｌＧａＩｎＰＳＣＨ層
２６  ＡｌＧａＩｎＰ活性層
２７  ｐ側ＡｌＧａＩｎＰＳＣＨ層
２８  Ｆｅ−ＡｌＧａＩｎＰ層
２９  ｐ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層
３０  電流ブロッキング層
３１  ｎ型ＡｌＧａＩｎＡｓクラッド層
３２  ｎ側ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層
３３  ＡｌＧａＩｎＡｓ活性層
３４  ｐ側ＡｌＧａＩｎＡｓＳＣＨ層
３５  Ｆｅ−ＡｌＩｎＡｓ層
３６  ｐ型ＡｌＩｎＡｓ電子ストップ層
３７  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
３８  ｎ側ＡｌＧａＡｓＳＣＨ層
３９  ＡｌＧａＡｓ／ＩｎＧａＡｓ活性層
４０  ｐ側ＡｌＧａＡｓＳＣＨ層
４１  Ｆｅ−ＡｌＧａＡｓ層
４２  ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
５１  ｐ型ＩｎＰ基板
５４  ｐ側ＧａＩｎＡｓＰＳＣＨ層
５５  ＧａＩｎＡｓＰ活性層
【図１】
2006261224.tif 000003
【図２】
2006261224.tif 000004
【図３】
2006261224.tif 000005
【図４】
2006261224.tif 000006
【図５】
2006261224.tif 000007
【図６】
2006261224.tif 000008
【図７】
2006261224.tif 000009
【図８】
2006261224.tif 000010
【図９】
2006261224.tif 000011
【図１０】
2006261224.tif 000012