(57)【要約】【課題】III−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる半導体製造方法であって、Ｍｇのドーピングプロファイルを正確に制御できる方法を提供すること。【解決手段】ＭｇアンドープIII−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させた後、ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させる前に、III族元素原料容器から反応領域（反応炉）へIII族元素原料ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩを非供給にする一方、Ｖ族元素原料容器、ドーパント原料容器から反応領域（反応炉）へそれぞれＶ族元素原料ＰＨ３、Ｍｇドーパント原料を供給するプリフロー期間ｔ１１，ｔ１２を設ける。【選択図】図３Ｂ
2008021717.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族元素原料、Ｖ族元素原料、Ｍｇドーパント原料をそれぞれIII族元素原料容器、Ｖ族元素原料容器、ドーパント原料容器からIII族元素原料輸送路、Ｖ族元素原料輸送路、ドーパント原料輸送路を通して反応領域に輸送して、上記反応領域でIII族元素原料とＶ族元素原料とを反応させてＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させる半導体製造方法であって、
上記III族元素原料輸送路、Ｖ族元素原料輸送路、ドーパント原料輸送路に、それぞれその輸送路を通る原料の上記反応領域への供給と非供給を切り替えるIII族元素供給非供給切替部、Ｖ族元素供給非供給切替部、ドーパント供給非供給切替部を設け、
上記III族元素原料容器、Ｖ族元素原料容器から上記III族元素供給非供給切替部、Ｖ族元素供給非供給切替部を通して上記反応領域へそれぞれ上記III族元素原料、Ｖ族元素原料を供給する一方、上記ドーパント供給非供給切替部によって上記反応領域へのＭｇドーパント原料の供給を停止した状態で、ＭｇアンドープIII−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させた後、
上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させる前に、上記III族元素供給非供給切替部によって上記反応領域への上記III族元素原料の供給を停止する一方、上記Ｖ族元素原料容器、ドーパント原料容器から上記Ｖ族元素供給非供給切替部、ドーパント供給非供給切替部を通して上記反応領域へそれぞれ上記Ｖ族元素原料、Ｍｇドーパント原料を供給するプリフロー期間を設けることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体製造方法において、
上記各III−Ｖ族化合物半導体層はＡｌＧａＩｎＰ層であることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体製造方法において、
上記プリフロー期間内に、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を可変して設定することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の半導体製造方法において、
上記プリフロー期間を第１のプリフロー期間とそれに続く第２のプリフロー期間とに２分割し、
上記第１のプリフロー期間には、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を或る仕込み量よりも多い第１の流量に設定し、
上記第２のプリフロー期間には、上記ドーパント原料容器からの上記Ｍｇドーパント原料の供給量を上記仕込み量と同じ第２の流量に設定することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の半導体製造方法において、
上記プリフロー期間を第１のプリフロー期間とそれに続く第２のプリフロー期間とに２分割し、
上記第１のプリフロー期間には、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層中でのＭｇの活性化率が５０％以下となるような第１の流量に設定し、
上記第２のプリフロー期間には、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層中でのＭｇの活性化率が８０％以上となるような第２の流量に設定することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項６】
請求項３に記載の半導体製造方法において、
上記プリフロー期間を第１のプリフロー期間とそれに続く第２のプリフロー期間とに２分割し、
上記第１のプリフロー期間に設定する上記Ｍｇドーパント原料の供給量を、上記第２のプリフロー期間に設定する上記Ｍｇドーパント原料の供給量の５倍以上かつ２０倍以下の値とすることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項７】
請求項３に記載の半導体製造方法において、
上記プリフロー期間を、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を第１の流量に設定する第１のプリフロー期間と、それに続いて、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を第２の流量に設定する第２のプリフロー期間とに２分割し、
上記第１のプリフロー期間の長さを上記第２のプリフロー期間の長さよりも短く、かつ、上記第１の流量と上記第１のプリフロー期間の長さとの積を上記第２の流量と上記第２のプリフロー期間の長さとの積よりも大きく設定することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体製造方法において、
上記Ｍｇドーパント原料はビスシクロペンタジエニルマグネシウムまたはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムであることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の半導体製造方法を含む半導体レーザ素子製造方法であって、
ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、多重量子井戸活性層と、上記ＭｇアンドープIII−Ｖ族化合物半導体層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層としてのＭｇドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層とをこの順にＭＯＣＶＤ法により結晶成長させる工程を含み、
上記アンドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層を成長させた後、上記ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層を成長させる前に、上記プリフロー期間を設けることを特徴とする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】
この発明は半導体製造方法に関し、より詳しくは、III−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる半導体製造方法であって、ドーパントとしてＭｇを用いる方法に関する。
【０００２】
また、この発明は、そのような半導体製造方法を用いてＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を製造する半導体レーザ素子製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、ＤＶＤ（デジタル万能ディスク；Digital Versatile Disc）ドライブに用いられるようなIII−Ｖ族化合物半導体（例えばＡｌＧａＩｎＰ）系の半導体レーザ素子には、高効率で動作電圧が低く、温度特性が良く、かつ高出力動作が可能など、厳しいスペックが求められている。これを実現するために、結晶成長段階でドーパントのドーピングプロファイルを正確に制御することが必要となる。
【０００４】
III−Ｖ族化合物半導体のためのｐ型ドーパントとしては、Ｚｎを用いるのが一般的であったが、急峻なドーピングプロファイルを得るために、拡散しにくいドーパントを選ぶことが望まれる。このため、例えば、特許文献１（特開平６−４５７０８号公報）、特許文献２（特開２００１−２４２７８号公報）に記載されているように、ｐ型のドーパントとしては、Ｚｎに代えて、Ｍｇが使われるようになってきている。
【特許文献１】特開平６−４５７０８号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明が解決しようとする課題について詳細に説明する。
【０００６】
ｉ）高出力化の必要性
半導体レーザ素子において高出力を実現するには、少ないキャリアの注入でより光らせること、また、発振光の吸収を減らすことが重要となる。すなわち、しきい値電流が低く、効率が高いことが望まれる。効率が悪いと同じ光出力を出すのにたくさんの電流を必要とし、半導体レーザ素子のチップ温度が上昇し、劣化の原因となり、更に高出力化が難しくなるからである。
【０００７】
効率低下の原因としては、発振光に対する吸収が増えることが考えられる。すなわち、光出力を上げていくとその一部は吸収され熱に変わり、これによっても半導体レーザ素子のチップ温度は上昇し、半導体レーザ素子を劣化させる原因となる。
【０００８】
このため、結晶成長の段階で、発振光に対する吸収が少なく、効率が高く、結晶性がよいことが求められる。この観点から、III−Ｖ族化合物半導体のためのｐ型ドーパントとして、Ｍｇは有力な候補として挙げられる。
【０００９】
ii）ドーパントおよびドーピングプロファイル
活性層へドーパントが拡散すると、活性層の結晶の配列が乱され、活性層自体の結晶性が低下して効率が低下するばかりでなく、ドーパント自体が吸収体となってしまう。このため、更に効率が低下し、また、信頼性も低下してしまう。
【００１０】
また、活性層近傍には光の分布が広がっている。このため、たとえ活性層までドーパントが拡散していなくても、活性層直近に必要以上にドーパントが存在すると、特に活性化されていない状態で存在すると、これらのドーパントもまた光吸収体となり、効率低下、信頼性低下の原因となってしまう。
【００１１】
一方、活性層へドーパントが拡散しないように、活性層近傍にアンドープ領域を増やすと、活性層の結晶性は保たれ、また、ドーパントによる吸収も減少する。しかし、キャリアが活性層へ注入されにくくなることにより、効率が低下してしまう。また、この場合、特に高温動作時に、キャリアがオーバーフローしやすくなり、温度特性が悪化する。
【００１２】
このため、ドーパントは活性層直近まで十分かつ多すぎない程度に存在し、かつ活性層にはドーパントは存在しないことが望まれる。すなわち、半導体レーザ素子の活性層近傍でドーパントの濃度が結晶成長方向（深さ方向）に関して急峻（ほぼ階段状）に変化するドーピングプロファイル（これを「急峻なドーピングプロファイル」と呼ぶ。）を有することが望まれる。
【００１３】
iii）Ｍｇドーピング遅れ
例えばＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法で結晶成長を行う場合に、ドーパントとしてＭｇを用いると、Ｍｇがドーパント原料容器とリアクタ（反応炉）との間のドーパント供給配管（正確には、供給と非供給を切り替える弁よりも下流の部分）などに吸着して蓄積される現象（「メモリ効果」と呼ばれる。）が起こる。このため、Ｍｇをドーパント原料容器から流し始めてから実際に結晶中にドーピング開始されるまでに時間的な遅れ（「ドーピング遅れ」と呼ばれる。）が生じる。また、ドーパント原料容器からのＭｇの供給を停止した後も、ドーパント供給配管に蓄積されたＭｇがリアクタへ流れて結晶中にドーピングされてしまう。
【００１４】
このように、メモリ効果のせいで、Ｍｇのドーピングプロファイルを正確に制御することが難しいという問題がある。
【００１５】
iv）Ｍｇ拡散フロント
結晶中の原子は、その濃度差があると、濃度の高いほうから低いほうへ拡散しようとする。半導体レーザ素子では、活性層を挟んでｎ型／ｐ型を作り分ける必要があり、ｎ型、ｐ型を作るドナー、アクセプタは、活性層には存在せず、ｎ型層、ｐ型層には十分に存在している必要がある。すなわち、活性層とそれを挟むｎ型層、ｐ型層との間には、大きな濃度差が生じる。拡散のしやすさは原子の種類によって異なるが、ｐ型ドーパントとしてＭｇを用いる場合でも、この濃度差により拡散が生じる。
【００１６】
このため、Ｍｇをドーピングした層からドーピングしない層へどこまで拡散しているか（これを「Ｍｇの拡散フロント」と称する。）を制御する必要がある。
【００１７】
そこで、この発明の課題は、III−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる半導体製造方法であって、Ｍｇのドーピングプロファイルを正確に制御できる方法を提供することにある。
【００１８】
また、この発明の課題は、そのような半導体製造方法を用いることにより、しきい値電流が低く、効率が高く、温度特性が良く、かつ高出力動作が可能なＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を製造できる半導体レーザ素子製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記課題を解決するため、この発明の半導体製造方法は、
III族元素原料、Ｖ族元素原料、Ｍｇドーパント原料をそれぞれIII族元素原料容器、Ｖ族元素原料容器、ドーパント原料容器からIII族元素原料輸送路、Ｖ族元素原料輸送路、ドーパント原料輸送路を通して反応領域に輸送して、上記反応領域でIII族元素原料とＶ族元素原料とを反応させてＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させる半導体製造方法であって、
上記III族元素原料輸送路、Ｖ族元素原料輸送路、ドーパント原料輸送路に、それぞれその輸送路を通る原料の上記反応領域への供給と非供給を切り替えるIII族元素供給非供給切替部、Ｖ族元素供給非供給切替部、ドーパント供給非供給切替部を設け、
上記III族元素原料容器、Ｖ族元素原料容器から上記III族元素供給非供給切替部、Ｖ族元素供給非供給切替部を通して上記反応領域へそれぞれ上記III族元素原料、Ｖ族元素原料を供給する一方、上記ドーパント供給非供給切替部によって上記反応領域へのＭｇドーパント原料の供給を停止した状態で、ＭｇアンドープIII−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させた後、
上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させる前に、上記III族元素供給非供給切替部によって上記反応領域への上記III族元素原料の供給を停止する一方、上記Ｖ族元素原料容器、ドーパント原料容器から上記Ｖ族元素供給非供給切替部、ドーパント供給非供給切替部を通して上記反応領域へそれぞれ上記Ｖ族元素原料、Ｍｇドーパント原料を供給するプリフロー期間を設けることを特徴とする。
【００２０】
ここで「ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層」とは、Ｍｇをドーピングすることが意図されたIII−Ｖ族化合物半導体層を意味し、「ＭｇアンドープIII−Ｖ族化合物半導体層」とは、Ｍｇをドーピングすることが意図されていないIII−Ｖ族化合物半導体層を意味する。
【００２１】
この発明の半導体製造方法では、上記プリフロー期間を設けることにより、Ｍｇのドーピング遅れが解消され、この結果、Ｍｇの急峻なドーピングプロファイルが得られる。具体的には、ＭｇアンドープIII−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させた後、ドーパント原料容器からＭｇドーパント原料を流すと、Ｍｇドーパント原料はドーパント原料輸送路（正確には、ドーパント供給非供給切替部よりも下流の部分）やフローチャネル、ウェハトレイなどへ吸着して蓄積される（メモリ効果）。ここで、この発明では、上記プリフロー期間を設けることにより、Ｍｇドーパント原料をドーパント原料輸送路などに十分に蓄積して安定化させることができる。したがって、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層を結晶成長させる段階で、直ちに上記反応領域にＭｇドーパント原料が供給されて、ドーピング遅れが起きることなく、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層が成長する。これにより、急峻なドーピングプロファイルが得られる。
【００２２】
また、上記プリフロー期間を設けることにより、拡散フロントの制御が可能となる。具体的には、本発明者は、Ｍｇの拡散フロントは、同じ成長条件で行う限りは、上記プリフロー期間におけるＭｇドーパント原料の供給量を極端に大きくしない限り、Ｍｇドーパント原料の供給量には依存せず、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層におけるＭｇのドーピング量により決まることを見出した。すなわち、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層におけるＭｇのドーピング量が決まれば、それに応じた拡散フロントの深さ分に相当する厚さをもつアンドープ層（ＭｇアンドープIII−Ｖ族化合物半導体層）を形成しておくことにより、例えば半導体レーザ素子の活性層までＭｇが拡散するのを防止できる。つまり、拡散フロントの位置を制御することができる。
【００２３】
このように、この発明の半導体製造方法によれば、Ｍｇのドーピングプロファイルを正確に制御できる。
【００２４】
一実施形態の半導体製造方法では、上記各III−Ｖ族化合物半導体層はＡｌＧａＩｎＰ層であることを特徴とする。
【００２５】
この一実施形態の半導体製造方法は、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を製造するのに容易に適用される。
【００２６】
一実施形態の半導体製造方法は、上記プリフロー期間内に、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を可変して設定することを特徴とする。
【００２７】
この一実施形態の半導体製造方法では、Ｍｇのドーピングプロファイルをさらに正確に制御でき、この結果、Ｍｇの急峻なドーピングプロファイルが得られる。
【００２８】
ここで、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を「可変して設定する」とは、２段階またはそれ以上の複数段階に切り換えることや、連続的に変化させることを含む。
【００２９】
また、「Ｍｇドーパント原料の供給量」とは、上記ドーパント原料容器の側で上記反応領域へ向けて送り出すＭｇドーパント原料の供給量を意味する（上記ドーパント原料輸送路を通して上記反応領域に実際に到達するＭｇドーパント原料の量ではない。）。
【００３０】
既述のように、上記プリフロー期間を設けることにより、ドーピング遅れが起きることなく、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層が成長させることが可能となった。しかし、それだけでは、ＭｇアンドープIII−Ｖ族化合物半導体層とＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層との界面（ドーピング界面と記す）で、理想的な階段状のドーピングプロファイルを得るには不十分である。すなわち、Ｍｇプリフローが少なすぎると、ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層の成長初期は所望のドーピング量に達せず、結晶成長に連れて徐々にドーピング量が増加していく。逆にＭｇプリフローが多すぎると、ドーピング界面でドーピング量が上がるが、結晶成長に連れて一旦ドーピングが減少し、再度上昇していく（ドーピング界面でＭｇのパイルアップが起こる）ことが分かった。更にＭｇプリフローを多くすると、ドーピング界面でＭｇが大きくパイルアップし、拡散フロントも大きく移動し、その結果、ドーピングプロファイルを制御できなくなる。また、ドーピング界面にパイルアップしたＭｇは、その多くが活性化されずドーピング界面に留まることが分かった。このため、そのような構造を半導体レーザ素子に適用した場合、活性化されていないＭｇにより効率が低下し、高出力化が難しくなる。
【００３１】
そこで、上記プリフロー期間内に、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を可変して設定する。例えば、上記プリフロー期間の最初に十分にＭｇが蓄積されるようにプリフローを行い（第１のプリフロー）、上記プリフロー期間の最後にＭｇの供給量を上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層を成長させるに適した仕込み量に設定する（第２のプリフロー）。これにより、急峻で階段状のドーピングプロファイルを得ることが可能となる。
【００３２】
一実施形態の半導体製造方法は、
上記プリフロー期間を第１のプリフロー期間とそれに続く第２のプリフロー期間とに２分割し、
上記第１のプリフロー期間には、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を或る仕込み量よりも多い第１の流量に設定し、
上記第２のプリフロー期間には、上記ドーパント原料容器からの上記Ｍｇドーパント原料の供給量を上記仕込み量と同じ第２の流量に設定することを特徴とする。
【００３３】
ここで「仕込み量」とは、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層を成長させるに適した上記Ｍｇドーパント原料の供給量を指す。
【００３４】
この一実施形態の半導体製造方法では、上記第１のプリフロー期間には、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を或る仕込み量よりも多い第１の流量に設定するので、Ｍｇをドーパント原料輸送路に十分蓄積させることができる。一方、上記第２のプリフロー期間には、上記ドーパント原料容器からの上記Ｍｇドーパント原料の供給量を上記仕込み量と同じ第２の流量に設定するので、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を上記仕込み量に安定化させることができる。この結果、急峻で階段状のドーピングプロファイルを得ることが可能となった。
【００３５】
一実施形態の半導体製造方法は、
上記プリフロー期間を第１のプリフロー期間とそれに続く第２のプリフロー期間とに２分割し、
上記第１のプリフロー期間には、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層中でのＭｇの活性化率が５０％以下となるような第１の流量に設定し、
上記第２のプリフロー期間には、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層中でのＭｇの活性化率が８０％以上となるような第２の流量に設定することを特徴とする。
【００３６】
本発明者は、ドーピングしたＭｇのうち、活性なキャリアとなる比率（活性化率）を調べた。その結果、Ｍｇのドーピング量を増やしていくと、活性化率が頭打ちになることが分かった。すなわち、Ｍｇドーパント流量を増やしていくと、Ｍｇ原子は結晶中に取り込まれるが、キャリアとして働かないものが増加する。上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層は、効率を上げるために、Ｍｇの活性化率が高いものである必要がある。しかしながら、単にＭｇの活性化率が高くなるような流量（Ｍｇドーパント原料の供給量）でプリフローを行うと、流量が小さすぎて、ドーパント原料輸送路へのＭｇの蓄積が十分に行われない。このため、急峻なドーピングプロファイルを得ることができなかった。
【００３７】
そこで、この一実施形態の半導体製造方法では、上記プリフロー期間を第１のプリフロー期間とそれに続く第２のプリフロー期間とに２分割する。そして、上記第１のプリフロー期間には、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層中でのＭｇの活性化率が５０％以下となるような第１の流量に設定する。これにより、Ｍｇをドーパント原料輸送路に十分蓄積させることができる。一方、上記第２のプリフロー期間には、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層中でのＭｇの活性化率が８０％以上となるような第２の流量に設定する。これにより、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を上記仕込み量に安定化させることができる。この結果、急峻で階段状のドーピングプロファイルが得られるとともに、ドーピング界面に不活性なＭｇが無くなって、活性化されたキャリアによる急峻なドーピングプロファイルを得ることができた。
【００３８】
ところで、上記プリフロー期間中は、結晶成長を中断する必要がある。しかしながら、結晶成長中断期間が長くなると、中断した層界面の結晶性が著しく低下して、素子の信頼性低下や特性低下の原因となる。上記プリフロー期間の長さはなるべく短くすることが望まれる。
【００３９】
そこで、一実施形態の半導体製造方法は、
上記プリフロー期間を第１のプリフロー期間とそれに続く第２のプリフロー期間とに２分割し、
上記第１のプリフロー期間に設定する上記Ｍｇドーパント原料の供給量を、上記第２のプリフロー期間に設定する上記Ｍｇドーパント原料の供給量の５倍以上かつ２０倍以下の値とすることを特徴とする。
【００４０】
この一実施形態の半導体製造方法では、上記第１のプリフロー期間に設定する上記Ｍｇドーパント原料の供給量を、上記第２のプリフロー期間に設定する上記Ｍｇドーパント原料の供給量の５倍以上かつ２０倍以下の値とする。これにより、上記第１のプリフロー期間に、Ｍｇをドーパント原料輸送路に効率良く吸着、蓄積させることができる。そして、上記第２のプリフロー期間には、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を安定化させることができる。この結果、Ｍｇのドーピングプロファイルを正確に制御できるとともに、上記プリフロー期間の長さを全体として短くすることができる。
【００４１】
また、一実施形態の半導体製造方法は、
上記プリフロー期間を、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を第１の流量に設定する第１のプリフロー期間と、それに続いて、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を第２の流量に設定する第２のプリフロー期間とに２分割し、
上記第１のプリフロー期間の長さを上記第２のプリフロー期間の長さよりも短く、かつ、上記第１の流量と上記第１のプリフロー期間の長さとの積を上記第２の流量と上記第２のプリフロー期間の長さとの積よりも大きく設定することを特徴とする。
【００４２】
この一実施形態の半導体製造方法では、上記第１のプリフロー期間の長さを上記第２のプリフロー期間の長さよりも短く、かつ、上記第１の流量と上記第１のプリフロー期間の長さとの積を上記第２の流量と上記第２のプリフロー期間の長さとの積よりも大きく設定する。これにより、上記第１のプリフロー期間に、Ｍｇをドーパント原料輸送路に効率良く吸着、蓄積させることができる。また、上記第２のプリフロー期間は上記第１のプリフロー期間よりも長いので、上記第２のプリフロー期間に、上記Ｍｇドーパント原料の供給量を安定化させることができる。この結果、Ｍｇのドーピングプロファイルを正確に制御できるとともに、上記プリフロー期間の長さを全体として短くすることができる。
【００４３】
このように、第１のプリフローは、上記Ｍｇドーパント原料を比較的短時間のうちに大流量流して、Ｍｇをドーパント原料輸送路に効率良く吸着、蓄積させるのが望ましい。一方、第２のプリフローは、仕込み量まで流量を落とし、比較的時間をかけて安定化させるのが望ましい。
【００４４】
一実施形態の半導体製造方法では、上記Ｍｇドーパント原料はビスシクロペンタジエニルマグネシウムまたはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムであることを特徴とする。
【００４５】
この一実施形態の半導体製造方法では、上記Ｍｇドーパント原料はビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）またはビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（エチルＣｐ２Ｍｇ）であるから、実際にＭｇのドーピングプロファイルを正確に制御できる。
【００４６】
この発明の半導体レーザ素子製造方法は、
請求項１に記載の半導体製造方法を含む半導体レーザ素子製造方法であって、
ｎ型ＧａＡｓ基板上に、ｎ型ＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、多重量子井戸活性層と、上記ＭｇアンドープIII−Ｖ族化合物半導体層としてのアンドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層と、上記ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層としてのＭｇドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層とをこの順にＭＯＣＶＤ法により結晶成長させる工程を含み、
上記アンドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層を成長させた後、上記ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層を成長させる前に、上記プリフロー期間を設けることを特徴とする。
【００４７】
この発明の半導体レーザ素子製造方法によれば、しきい値電流が低く、効率が高く、温度特性が良く、かつ高出力動作が可能なＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４９】
（第１実施形態）
図９は、一実施形態の半導体製造方法を実施するためのＭＯＣＶＤ装置の構成を示している。
【００５０】
このＭＯＣＶＤ装置は、反応領域としての反応炉（リアクタ）１０１と、水素ガスを収容した水素ガス容器１０９と、ＳｉＨ４ガスを収容したＳｉＨ４原料容器１１０と、Ｖ族元素原料としてのＡｓＨ３ガスを収容したＡｓＨ３原料容器１１１と、Ｖ族元素原料としてのＰＨ３ガスを収容したＰＨ３原料容器１１２と、ＤＥＺ（ジエチルジンク）を収容したＤＥＺ原料容器１１３と、Ｍｇドーパント原料としてのＣＰ２Ｍｇを収容したＣＰ２Ｍｇ原料容器１１４と、III族元素原料としてのＴＭＧ（トリメチルガリウム）を収容したＴＭＧ原料容器１１５と、III族元素原料としてのＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を収容したＴＭＡ原料容器１１６と、III族元素原料としてのＴＭＩ（トリメチルインジウム）を収容したＴＭＩ原料容器１１７とを備えている。
【００５１】
水素ガス容器１０９から反応炉（リアクタ）１０１へ複数のメイン配管１２０、１２１、１２２、１２３、１２４が延びるとともに、ベントライン１３０がポンプ１０６へ延びている。各原料容器１１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７からの配管１１０Ａ、１１１Ａ、１１２Ａ、１１３Ａ、１１４Ａ、１１５Ａ、１１６Ａ、１１７Ａが、それぞれバルブ１１０Ｂ、１１１Ｂ、１１２Ｂ、１１３Ｂ、１１４Ｂ、１１５Ｂ、１１６Ｂ、１１７Ｂを介してメイン配管１２１、１２２、１２３、１２４に合流するとともに、それぞれバルブ１１０Ｃ、１１１Ｃ、１１２Ｃ、１１３Ｃ、１１４Ｃ、１１５Ｃ、１１６Ｃ、１１７Ｃを介してベントライン１３０に合流している。ＳｉＨ４ガス、ＡｓＨ３ガス、ＰＨ３ガスは、それぞれ対応する配管を通して、水素ガスに希釈された状態で反応炉１０１へ輸送される。また、ＤＥＺ、ＣＰ２Ｍｇ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩは、水素ガス容器１０９からの水素ガスでバブリングされて水素ガスに蒸気として混入した状態で、それぞれ対応する配管を通して反応炉１０１へ輸送される。なお、各原料を容器から反応炉１０１へ供給する場合は、バルブ１１０Ｂ〜１１７Ｂが開、バルブ１１０Ｃ〜１１７Ｃが閉に切り替えられる。一方、各原料を容器から反応炉１０１へ非供給にする場合は、バルブ１１０Ｂ〜１１７Ｂが閉、バルブ１１０Ｃ〜１１７Ｃが開に切り替えられる。つまり、対応するバルブの各対（１１０Ｂ，１１０Ｃ）、（１１１Ｂ，１１１Ｃ）〜（１１７Ｂ，１１７Ｃ）が、その原料の供給非供給切替部を構成している。また、各原料の供給量の多寡は、図中に記号で示すマスフローコントローラによって制御される。各ガス容器の出口には図中に記号で示す減圧弁が設けられ、これによりガス圧が制御される。
【００５２】
反応炉１０１内には、供給されたガスを流すフローチャネル１０２と、このフローチャネル１０２内に結晶成長の対象となる化合物半導体ウェハ２０を支持するサセプタ１０３と、サセプタ１０３の下面に接して設けられたヒータブロック１０４とが設けられている。なお、この装置では、サセプタ１０３がウェハトレイを兼ねているが、サセプタ１０３上にウェハトレイが載っていても良い。図示しない温度調節部によってヒータブロック１０４への通電量をフィードバック制御することによって、ヒータブロック１０４の温度（つまり化合物半導体ウェハ２０の温度）が目標温度に設定される。反応炉１０１の下方には、結晶成長中に、化合物半導体ウェハ２０をサセプタ１０３、ヒータブロック１０４とともに回転させる回転機構１０５が設けられている。反応炉１０１内の圧力は、図中に記号で示す可変バルブを介してポンプ１０６で真空排気を行うによって目標圧力に設定される。排ガスは除害装置１０７によって無害な状態に処理される。
【００５３】
このＭＯＣＶＤ装置によって結晶成長を行う際には、図３Ａ上段に示すように、反応炉１０１内の圧力が目標圧力（成長圧力）、この例では７５Ｔｏｒｒに制御される。また、図３Ａ段に示すように化合物半導体ウェハ２０の温度が目標温度（成長温度）、この例では７００℃に制御される。反応炉１０１内の圧力が目標圧力、化合物半導体ウェハ２０の温度が目標温度にそれぞれ維持されている期間内に、実際の結晶成長が行われる（結晶成長期間ｔ０）。また、結晶成長期間ｔ０内に、Ｍｇドーパント原料であるＣＰ２Ｍｇを流す期間ｔ１が設定される。
【００５４】
次に、上述のＭＯＣＶＤ装置を用いた一実施形態の半導体製造方法を説明する。
【００５５】
１）Ｍｇドープ検討
本発明者は、図３Ｂに示す成長シーケンスによって、図示しないＧａＡｓ基板上に、ＭｇアンドープIII−Ｖ族化合物半導体層としてのアンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ層（厚さ０．２μｍ）と、ＭｇドープIII−Ｖ族化合物半導体層としてのＭｇドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ層（厚さ１μｍ）とを、この順に結晶成長した。なお、図３Ｂでは、上記各層をそれぞれアンドープＡｌＧａＩｎＰ層、ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層と略記している。各原料の実線はその原料の供給非供給切替部が「供給」になっていることを表し、破線はその原料の供給非供給切替部が「非供給」なっていることを表す。
【００５６】
図３Ｂから分かるように、この成長シーケンスでは、アンドープＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後、ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させる前に、プリフロー期間ｔ１１、ｔ１２を設けている。このプリフロー期間ｔ１１、ｔ１２には、III族元素原料であるＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩの供給を停止する一方、Ｖ族元素原料であるＰＨ３およびＭｇドーパント原料であるＣＰ２Ｍｇを流している。
【００５７】
この例では、プリフロー期間は、ＣＰ２Ｍｇの供給量を第１の流量に設定する第１のプリフロー期間ｔ１１と、それに続いて、ＣＰ２Ｍｇの供給量を上記第１の流量よりも少ない第２の流量に設定する第２のプリフロー期間ｔ１２とに２分割されている。第１のプリフロー期間ｔ１１の長さよりも第２のプリフロー期間ｔ１２の長さが長く設定されている。
【００５８】
本発明者は、図３Ｂに示した例に限らず、プリフロー条件を様々に変えて成長を行った。そして、各条件によって作製されたサンプルについて、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）測定を行ってドーピングプロファイルを調べた。
【００５９】
２）プリフロー無し
まず、本発明者は、プリフローを行わない条件について調べた。具体的には、アンドープＧａＡｓ層と、ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層とを連続的に結晶成長して、ＳＩＭＳによりドーピングプロファイルを調べた。図４は、この条件において、ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層の成長におけるＣｐ２Ｍｇ流量を様々に設定したときのドーピングプロファイルを示している。
【００６０】
この図４から、Ｃｐ２Ｍｇ流量が低いとき（例えば５ｃｃｍ、１０ｃｃｍのとき）は、Ｃｐ２Ｍｇの供給を開始したあとすぐには結晶中に取り込まれず、しばらく時間を置いてから結晶中へ取り込まれているのがわかる。Ｃｐ２Ｍｇ流量を増やしていくと、ドーピング遅れはなくなるが、徐々にドーピング量が増えていく状態となる（例えば１７ｃｃｍのとき）。さらにＣｐ２Ｍｇ流量を増やすと、ドーピング界面でパイルアップしている（例えば５０ｃｃｍ、１００ｃｃｍのとき）。このように、プリフロー無しでは、ドーピングプロファイルを正確に制御するのは難しい。
【００６１】
また、次に詳述するが、Ｃｐ２Ｍｇ流量を増やすと、活性化率が低下するため、クラッド層のドーピングには適さない。ｐクラッド層は一般に１×１０１８ｃｍ−３前後のドーピングを行う。しかしながら、活性化率の高い領域でこのキャリア濃度を設定するには、Ｃｐ２Ｍｇ流量は５ｃｃｍ〜１０ｃｃｍ程度にする必要がある。しかしながら、この流量範囲では、上述のようにドーピング遅れが起こり、活性層近傍へドーピングを行うことができない。
【００６２】
３）活性化率
また、プリフロー無しの同じサンプルについて、Ｃ−Ｖ法により、キャリア濃度の測定を行った。図５は、Ｃ−Ｖ法によるキャリア濃度とＳＩＭＳによる原子濃度との比により、Ｍｇの活性化率を求めた結果を示している。
【００６３】
この図５から、Ｃｐ２Ｍｇの流量を増やしていくと、活性化率が低下していることがわかる。クラッド層のキャリア濃度は一般に１×１０１８ｃｍ−３前後で行われるが、このＣｐ２Ｍｇ流量は、活性化率の高い領域でも低い領域でも設定することは可能である。しかしながら、クラッド層にドーピングする場合、活性化率の高い領域でドーピングを行う必要がある。活性化率が低いと、活性なキャリアとして働かないＭｇ原子が、レーザ光を吸収して、効率の低下を招く。また、不活性なＭｇ原子の方が動きやすく、レーザ駆動していくうちに拡散してしまい、活性層の結晶性の劣化をも引き起こしてしまう。
【００６４】
４）１ステッププリフロー
次に、本発明者は、１ステッププリフローの場合、すなわち、プリフロー期間におけるプリフロー流量が一定である場合について調べた。具体的には、アンドープＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後、ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させる前に、III族元素原料であるＴＭＧ、ＴＭＡ、ＴＭＩの供給を停止する一方、Ｖ族元素原料であるＰＨ３およびＭｇドーパント原料であるＣＰ２Ｍｇを一定流量で流した。図６は、１ステッププリフローの場合において、Ｃｐ２Ｍｇのプリフロー流量とプリフロー時間を様々に設定したときのドーピングプロファイルを示している。
【００６５】
この図６から、Ｍｇのプリフロー量を増やしていくと、ドーピング遅れは解消されていくのが分かる。これは、Ｃｐ２Ｍｇが対応する配管（正確には、バルブ１１４Ｂよりも下流のメイン配管１２３部分）やフローチャネル１０２、サセプタ１０３などへ吸着して蓄積される現象（メモリ効果）を克服できたことを示している。ある程度のＭｇのプリフローを行うことにより、ドーピング遅れなくドーピングすることが可能となる。したがって、１段プリフローの条件としては、仕込み量に比べて大きいＣｐ２Ｍｇ流量が有効である。
【００６６】
しかしながら、Ｍｇのプリフロー量を増やしていくと（１００ｃｃｍ／４５秒）、ドーピング界面でＭｇがパイルアップし、一旦ドーピングが低下し、徐々にドーピングが上がっていくようになる。さらにＭｇのプリフロー量を増やすと（１００ｃｃｍ／６０秒）、ドーピング界面でＭｇが大きくパイルアップし、拡散フロントもアンドープＡｌＧａＩｎＰ層内へシフトしてしまう。
【００６７】
このように１ステッププリフローでは、ドーピング遅れの問題は解決できるが、ドーピングプロファイルを正確に制御することはできない。
【００６８】
５）２ステッププリフロー
次に、本発明者は、２ステッププリフローの場合、すなわち、プリフロー期間におけるプリフロー流量が２段階に変化する場合について調べた。具体的には、アンドープＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させた後、ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層を結晶成長させる前に、図３Ｂに示したように、ＣＰ２Ｍｇの供給量を第１の流量に設定する第１のプリフロー期間ｔ１１と、それに続いて、ＣＰ２Ｍｇの供給量を上記第１の流量よりも少ない第２の流量に設定する第２のプリフロー期間ｔ１２とを設けた。
【００６９】
図７は、第２プリフロー期間ｔ１２のＣｐ２Ｍｇ流量（第２の流量）を仕込み量である８ｃｃｍ、第２プリフロー期間ｔ１２の長さを５分間に固定して設定するとともに、第１プリフロー期間ｔ１１のＣｐ２Ｍｇ流量（第１の流量）を１００ｃｃｍに固定し、第１プリフロー期間ｔ１１の長さを可変して設定したときのドーピングプロファイルを示している。なお、このＣｐ２Ｍｇの「流量」とは、原料の実流量ではなく、バブリング流量を意味している（原料の実流量とバブリング流量とは比例関係にある。）。
【００７０】
この図７から分かるように、２ステッププリフローの場合には、ドーピング界面での大きなパイルアップは見られず、ドーピング界面でのＭｇの落ち込みもなくなり、急峻な階段状のドーピングプロファイルを得ることができた。
【００７１】
第１プリフロー期間ｔ１１のＣｐ２Ｍｇ流量を増やすと、ドーピング界面でＭｇ濃度が若干盛り上がる。逆に第１プリフロー期間ｔ１１のＣｐ２Ｍｇ流量を減らしていくと、ドーピング界面でＭｇ濃度が若干低下する。したがって、第１プリフロー期間ｔ１１のＣｐ２Ｍｇ流量を最適に設定することで、急峻な階段状のドーピングプロファイルが得られる。
【００７２】
また、２ステッププリフローの場合には、プリフロー条件（プリフロー期間におけるＣｐ２Ｍｇ流量、プリフロー期間の長さ）を変えても、拡散フロントはシフトしないことが分かった。
【００７３】
上述の実験結果から、２ステッププリフローの場合に望ましい条件をまとめると、次のものが挙げられる。
【００７４】
ｉ）  第１のプリフロー期間ｔ１１には、Ｃｐ２Ｍｇ流量をＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層のための仕込み量よりも多い第１の流量に設定し、第２のプリフロー期間ｔ１２には、Ｃｐ２Ｍｇ流量を上記ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層のための仕込み量と同じ第２の流量に設定する。
【００７５】
ii）  第１のプリフロー期間ｔ１１には、Ｃｐ２Ｍｇ流量を、ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層中でのＭｇの活性化率が５０％以下となるような第１の流量に設定し、第２のプリフロー期間ｔ１２には、Ｃｐ２Ｍｇ流量を、ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層中でのＭｇの活性化率が８０％以上となるような第２の流量に設定する。
【００７６】
iii）  第１のプリフロー期間ｔ１１に設定するＣｐ２Ｍｇ流量を、第２のプリフロー期間ｔ１２に設定するＣｐ２Ｍｇ流量の５倍以上かつ２０倍以下の値とする。
【００７７】
iv）  第１のプリフロー期間ｔ１１の長さを第２のプリフロー期間ｔ１２の長さよりも短く、かつ、
（第１の流量）×（第１のプリフロー期間ｔ１１の長さ）
＞（第２の流量）×（第２のプリフロー期間ｔ１２の長さ）
を満たすように設定する。
【００７８】
６）Ｃｐ２Ｍｇ仕込み量と拡散フロント
次に、本発明者は、アンドープＡｌＧａＩｎＰ層を成長した後、２ステッププリフローを行った場合において、ＭｇドープＡｌＧａＩｎＰ層のためのＣｐ２Ｍｇの仕込み量を様々に可変して設定した。図８は、そのときのドーピングプロファイルを示している。
【００７９】
この図８から分かるように、Ｃｐ２Ｍｇの仕込み量を変えても、ドーピングプロファイルの形状は変わらず、急峻なドーピングプロファイルが得られている。ただし、Ｃｐ２Ｍｇの仕込み量を変えると、ドーピングプロファイルの形状は変わらないが、拡散フロントが変わることが分かった。つまり、Ｃｐ２Ｍｇの仕込み量が５ｃｃｍから１０ｃｃｍまで多くなるに連れて、拡散フロントがアンドープＡｌＧａＩｎＰ層内に次第に深くシフトしている。
【００８０】
なお、プリフローのＣｐ２Ｍｇ流量と時間や拡散フロントは、配管の長さやリアクタの構造、フローチャネル形状などや成長温度やＶ／III比などの成長条件により変わるため、使用するＭＯＣＶＤ装置、成長条件により最適なプリフロー条件は異なる。しかし、どのようなＭＯＣＶＤ装置であっても、２ステッププリフローで最適な条件を選ぶことによって、ドーピング遅れの問題を解決し、急峻で階段状のドーピングプロファイルを得ることが可能である。
【００８１】
（第２実施形態）
図１は、一実施形態の半導体レーザ素子製造方法によって作製される赤色発光ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の断面構造を示している。
【００８２】
この半導体レーザ素子は、ｎ−ＧａＡｓ基板（１５°オフ面をもつ）１上に、ｎ−Ｇａ０．５０８Ｉｎ０．４９２Ｐ中間層（厚さ０．２５μｍ）２と、ｎ−（Ａｌ０．６８４Ｇａ０．３１６）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ第１Ｎクラッド層（厚さ２．６μｍ）３と、ｎ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ第２Ｎクラッド層（厚さ０．２μｍ）４と、（Ａｌ０．５４５Ｇａ０．４５５）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐガイド層（厚さ３５ｎｍ）５と、Ｇａ０．４４５Ｉｎ０．５５５Ｐ井戸層（厚さ５ｎｍ）６および（Ａｌ０．５４５Ｇａ０．４５５）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐバリア層（厚さ６．３ｎｍ）７を複数交互に積層してなる多重量子井戸層活性層と、アンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐクラッド層（厚さ３５ｎｍ）８と、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ第１Ｐクラッド層（厚さ０．２３７μｍ）９と、ｐ−Ｇａ０．６２３Ｉｎ０．３７７Ｐエッチングストップ層（厚さ１３ｎｍ）１０と、ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ第２Ｐクラッド層（厚さ１．２μｍ）１１と、ｐ−Ｇａ０．５０８Ｉｎ０．４９２Ｐ中間層（厚さ３５ｎｍ）１２と、ｐ−ＧａＡｓキャップ層（厚さ０．５μｍ）１３とを備えている。
【００８３】
多重量子井戸活性層は、この例では４つの井戸層６を含む４ＭＱＷ（Multiple Quantum Well）多重量子井戸層である。
【００８４】
この半導体レーザ素子は、図２Ａ〜図２Ｃに示す手順で製造される。
【００８５】
まず、図２Ａに示すように、ＳｉドープＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＣＶＤ法により、ＳｉドープＧａ０．５０８Ｉｎ０．４９２Ｐ層（厚さ０．２５μｍ、濃度１×１０１８ｃｍ−３）２と、Ｓｉドープ（Ａｌ０．６８４Ｇａ０．３１６）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ第１Ｎクラッド層（厚さ２．６μｍ、濃度３×１０１７ｃｍ−３）３と、Ｓｉドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ第２Ｎクラッド層（厚さ０．２μｍ、濃度３×１０１７ｃｍ−３）４と、アンドープ（Ａｌ０．５４５Ｇａ０．４５５）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐガイド層（厚さ３５ｎｍ）５ａとをこの順に形成する。続いてその上に、ＭＯＣＶＤ法により、アンドープＧａ０．４４５Ｉｎ０．５５５Ｐ井戸層（厚さ５ｎｍ）６およびアンドープ（Ａｌ０．５４５Ｇａ０．４５５）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐバリア層（濃度厚さ６．３ｎｍ）７を複数交互に積層して構成される４ＭＱＷ活性層を形成する。続いてその上に、ＭＯＣＶＤ法により、アンドープ（Ａｌ０．５４５Ｇａ０．４５５）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐガイド層（厚さ３５ｎｍ）５ｂと、アンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐクラッド層（厚さ３５ｎｍ）８とをこの順に形成し、プリフロー期間を設けた後、Ｍｇドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ第１Ｐクラッド層（厚さ０．２３７μｍ、濃度１．０７５×１０１８ｃｍ−３）９と、ＭｇドープＧａ０．６２３Ｉｎ０．３７７Ｐエッチングストップ層（厚さ１３ｎｍ）１０と、Ｍｇドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ第２Ｐクラッド層（厚さ１．２μｍ、濃度１．０７５×１０１８ｃｍ−３）１１と、ＭｇドープＧａ０．５０８Ｉｎ０．４９２Ｐ中間層（厚さ３５ｎｍ、濃度２．５×１０１８ｃｍ−３）１２と、ＺｎドープＧａＡｓキャップ層（厚さ０．５μｍ、濃度１×１０１９ｃｍ−３）１３とをこの順に形成する。
【００８６】
ＭＯＣＶＤ成長のＧａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ａｓ，Ｐの原料は、それぞれＴＭＧ（トリメチルガリウム）（２０℃），ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）（２０℃），ＴＭＩ（トリメチルインヂウム）（２５℃），ＡｓＨ３（アルシン），ＰＨ３（ホスフィン）を用い、ドーパントガスはそれぞれｎ型がＳｉＨ４（モノシラン）、ｐ型がＣｐ２Ｍｇ（２０℃）およびＤＥＺ（ジエチルジンク）（２０℃）を用いた。成長温度は、Ｚｎ−ＧａＡｓキャップ層を除き、７００℃で行った。
【００８７】
アンドープクラッド層８を成長した後、Ｍｇドープ第１Ｐクラッド層９の成長を行う前に、上述のようにプリフロー期間を設けた。図３Ｂに示したように、このプリフロー期間を、第１のプリフロー期間ｔ１１と、第２のプリフロー期間ｔ１２とに２分割して、２ステッププリフローを行った。具体的な、プリフロー条件としては、第１のプリフロー期間ｔ１１は、Ｃｐ２Ｍｇ＝１００ｃｃｍで７５秒、第２のプリフロー期間ｔ１２は、仕込み量（Ｃｐ２Ｍｇ＝８ｃｃｍ）で５分とした。
【００８８】
Ｐクラッド層９については、キャリア濃度を１．０７５×１０１８ｃｍ−３とするために、Ｃｐ２Ｍｇの流量は８ｃｃｍとした。
【００８９】
その上に、３μｍ幅のマスクを通常のフォトリソグラフィ技術により形成し、図２Ｂに示すように、マスク以外のｐ−ＧａＡｓキャップ層１３およびｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ第２Ｐクラッド層１１をドライエッチングにより除去して、ストライプ状のリッジを形成する。
【００９０】
リッジ上のマスクを除去した後、ＳｉＮ膜１４を全面に蒸着する。
【００９１】
その上にレジストを全面塗布し、全面露光し、現像時間を調整することにより、上記リッジ上部の山形の突起部が現れるまでレジストを除去する。リッジ上のレジストは除去され、リッジ外のレジストは残った状態になっている。この状態でバッファードフッ酸によりエッチングすることにより、図２Ｃに示すように、リッジ上に形成されたＳｉＮ膜１４を除去する。
【００９２】
その後、レジストを除去し、ウェハを１００μｍの厚さに研磨し、ｐ側にＡｕＺｎ／Ａｕ電極１５ａ、ｎ側にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ電極１５ｂを蒸着により形成する。
【００９３】
共振器となるストライプと垂直な方向に１．５ｍｍの長さでへき開し、その両端面に反射率がそれぞれ５％／９０％となるようにＳｉ膜およびＡｌ２Ｏ３膜を蒸着により形成する。
【００９４】
最後に、それぞれのストライプを分割し、ステムにマウントし、半導体レーザ素子を完成させた。
【００９５】
このようにして作製した半導体レーザ素子にデューティー５０％のパルス電流を印加したところ、発振波長６５８ｎｍ（２５℃）で発振した。発振しきい値電流は４２ｍＡ、効率１．１Ｗ／Ａであった。電流を増加していったところ、出力５００ｍＷまではＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage；半導体レーザ素子の端面の黒化）を起こさず発振した。Ｔｏ＝１４０Ｋであり、特性温度が高い、良好な特性が得られた。
【００９６】
ｐ−（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐ第１Ｐクラッド層９のドーピング量により、活性層方向へのＭｇの拡散フロントのシフト量が変わる。Ｍｇの拡散フロントが活性層まで達しないように、アンドープ（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５１１Ｉｎ０．４８９Ｐクラッド層８の層厚を調節することにより、活性層へはＭｇが拡散せず、かつ急峻なドーピングプロファイルを得ることが可能となった。
【００９７】
このように、この半導体レーザ素子製造方法では、Ｍｇを仕込み量以上の流量でプリフローすることにより、短時間でドーピング遅れを回避できる。特に、２段階プリフローを行うことによりドーピング界面でのＭｇのパイルアップを回避できる。また、Ｍｇドープ層前のアンドープ層厚を制御することにより、Ｍｇの拡散フロントは活性層から所定の距離に離隔できる。
【００９８】
このようにしてＭｇの急峻なドーピングプロファイルを実現し、かつ拡散フロントを制御したことにより、半導体レーザ素子のしきい値電流が低下し、効率が向上し、温度特性が向上し、信頼性が向上し、３００ｍＷ以上の高出力半導体レーザ素子を実現することが可能になった。
【００９９】
なお、半導体レーザ素子の層構成、組成、層厚、キャリア濃度などは、当然ながら、本実施形態の値に限るものではない。また、材料系もＡｌＧａＩｎＰのみに限るものではない。成長条件も上記条件に限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の一実施形態の半導体レーザ素子製造方法によって作製されるＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の断面構造を示す図である。
【図２Ａ】上記ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の製造工程を説明する工程図である。
【図２Ｂ】上記ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の製造工程を説明する工程図である。
【図２Ｃ】上記ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の製造工程を説明する工程図である。
【図３Ａ】ＭＯＣＶＤの成長圧力、成長温度のシーケンスを示す図である。
【図３Ｂ】Ｍｇドーパントの２ステッププリフローを行う場合のシーケンスを示す図である。
【図４】Ｍｇプリフロー無しの場合のドーピングプロファイルを示す図である。
【図５】Ｍｇの活性化率とＣｐ２Ｍｇ流量との関係を示す図である。
【図６】Ｍｇの１ステッププリフローを行った場合のドーピングプロファイルを示す図である。
【図７】Ｍｇの２ステッププリフローを行った場合のドーピングプロファイルを示す図である。
【図８】Ｍｇの仕込量を可変して設定した場合の拡散フロントの変化を示す図である。
【図９】この発明の一実施形態の半導体製造方法を実施するのに用いるＭＯＣＶＤの構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  ｎ−ＧａＡｓ基板
２  ｎ−ＧａＩｎＰ中間層
３  ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ第１Ｎクラッド層
４  ｎ−ＡｌＧａＩｎＰ第２Ｎクラッド層
５  ｕｎ−ＡｌＧａＩｎＰガイド層
６  ｕｎ−ＧａＩｎＰ井戸層
７  ｕｎ−ＡｌＧａＩｎＰバリア層
８  アンドープＡｌＧａＩｎＰクラッド層
９  ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第１Ｐクラッド層
１０  ｐ−ＧａＩｎＰエッチングストップ層
１１  ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ第２Ｐクラッド層
１２  ｐ−ＧａＩｎＰ中間層
１３  ｐ−ＧａＡｓキャップ層
１４  ＳｉＮｘ膜
１５ａ  ｐ側電極
１５ｂ  ｎ側電極
１０１  成長炉
【図１】
2008021717.tif 000003
【図２Ａ】
2008021717.tif 000004
【図２Ｂ】
2008021717.tif 000005
【図２Ｃ】
2008021717.tif 000006
【図３Ａ】
2008021717.tif 000007
【図３Ｂ】
2008021717.tif 000008
【図４】
2008021717.tif 000009
【図５】
2008021717.tif 000010
【図６】
2008021717.tif 000011
【図７】
2008021717.tif 000012
【図８】
2008021717.tif 000013
【図９】
2008021717.tif 000014