(57)【要約】【課題】  炭素ドーピングプロファイルを正確に制御しながら、良好な品質を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を製造しうる方法を提供すること。【解決手段】  ＩＩＩ族原料と砒素を含む水素化物を主成分とするＶ族原料を基板に供給して基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長させる際に、基板温度を６５０℃以下に保持し、ＩＩＩ族原料のモル供給量に対するＶ族原料のモル供給量の比率を２５以上とし、炭素を含むドーパントガスを基板に供給する。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
砒素を含む水素化物を主成分とするＶ族原料、及び、ＩＩＩ族原料を基板に供給して基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長させる際に、基板温度を６５０℃以下に保持し、ＩＩＩ族原料のモル供給量に対するＶ族原料のモル供給量の比率を２５以上とし、炭素を含むドーパントガスを基板に供給することを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項２】
砒素を含む有機化合物を主成分とするＶ族原料、及び、ＩＩＩ族原料を基板に供給して基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長させる際に、基板温度を６５０℃以下に保持し、ＩＩＩ族原料のモル供給量に対するＶ族原料のモル供給量の比率を１０以上とし、炭素を含むドーパントガスを基板に供給することを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項３】
基板温度を６２０℃以下に保持する請求項１または２のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項４】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶が、少なくともＩｎ、ＡｌおよびＡｓを主要な構成元素とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項５】
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶が、ＩｎＡｌＧａＡｓまたはＩｎＡｌＡｓである請求項１〜４のいずれかのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項６】
前記ＩＩＩ族原料が有機金属化合物であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素ドープしたＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩｎＰ基板上に形成したＩｎＡｌＧａＡｓ系材料は、ＩｎＧａＡｓＰ系材料と比較して、微分利得が高く大きな伝導帯バンド不連続量を有するなどの特徴を有するため、高温動作、高速変調レーザに適した材料系として報告が多い。レーザ特性の向上の要因は、ＩｎＧａＡｓＰ系の伝導体バンド不連続量ΔＥｃが全体のバンドギャップの差ΔＥｇに対してΔＥｃ＝０．３９ΔＥｇと小さいのに対し、ＩｎＡｌＧａＡｓ系ではΔＥｃ＝０．７２ΔＥｇと、伝導帯側のバンド不連続量が大きく、電子の閉じ込めが効率的に行われ、温度上昇に伴う電子のオーバーフローが少ないためである。また、ＩｎＡｌＧａＡｓ材料系は、高い電子移動度を持つため、ＨＢＴやＦＥＴなどの電子デバイスにおいても、高速化に適した材料系である。
【０００３】
ＩｎＡｌＧａＡｓ系材料をデバイスに適用する際には、他の材料系と同様に、ｐ型ドーピングが必要である。通常は、非特許文献１に記載されているように、ドーパントとして亜鉛が用いられる。しかし、亜鉛ドーピングには、拡散係数が高いために亜鉛が結晶成長中に移動するという問題がある。半導体レーザの場合、このようなドーパントがレーザの活性層にまで拡散すると、それが非発光再結合中心となり、レーザ特性が大きく劣化してしまう。また電子デバイスの場合には、ｐｎ接合位置がずれ、ｐ型ドーピングのピーク濃度が減少するため、特性劣化が生じる。
【０００４】
拡散係数の小さいｐ型ドーパントとして、マグネシウムやベリリウムなどがある。しかしながら、マグネシウムは反応性が高いため、導入する際に配管などの上流側に付着することが多く、それがメモリー効果となって、導入をストップした後も徐々に基板に到達してとりこまれる。このため、ドーパントとしてマグネシウムを採用しても、やはり精密なドーピングプロファイルの制御は不可能である。ベリリウムについてはアルシンを凌駕するほど毒性が極端に高いため、ＭＯＶＰＥで用いられることはほとんどない。
【０００５】
一方、拡散係数が小さくて毒性が低いドーパントとして、炭素も試みられている。炭素ドーピングは非特許文献２に示されているように拡散係数が小さいため、制御性の良い急峻なドーピングプロファイルの実現が可能である。ＩｎＡｌＡｓ中への炭素ドーピングについては非特許文献３に記載されており、そこでは基板温度５５０℃、Ｖ族原料の総モル供給量とＩＩＩ族原料の総モル供給量との比（以下、Ｖ／ＩＩＩ比という）２０といった条件で、ｐ型ドーピングが実現されている。
【０００６】
ＡｌＧａＡｓ系でもしばしば炭素ドーピングがなされるが、ＩｎＡｌＡｓ系ではインジウムと炭素の結合が弱いため、炭素が取り込まれにくいという問題がある。したがって、ＩｎＡｌＡｓ系で炭素ドーピングを行うには、極端な低温、低Ｖ／ＩＩＩ比が必要である(非特許文献３参照)。しかし、良好な結晶品質を有するＩｎＡｌＡｓを実現するには、高温、高Ｖ／ＩＩＩ比が必須であることが報告されている(非特許文献４参照)。以上から良好な結晶品質を実現するためのＩｎＡｌＡｓの成長条件と炭素ドーピングを行うためのＩｎＡｌＡｓの成長条件は大きく乖離していると考えられており、良好な結晶品質を保持した状態でのＩｎＡｌＡｓに対する炭素ドーピングは今まで実現されていない。また、当然ながら、炭素ドーピングＩｎＡｌＡｓを用いた半導体デバイスも実現されていない。
【非特許文献１】IEEE Photonics Technology Letters vol.11 No.8 (1999) 949-951
【非特許文献２】Journal of crystal growth vol. 111 (1991)274-279
【非特許文献３】Journal of crystal growth vol. 221 (2000)66-69
【非特許文献４】Journal of Crystal Growth No. 108 (1991) 441-448
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の従来技術の問題点を考慮して、本発明は、ＩｎＡｌＧａＡｓ系を始めとするＩＩＩ−Ｖ族化合物系における簡便な炭素ドーピング法を提供することを目的とする。特に、炭素ドーピングプロファイルを正確に制御しながら、良好な品質を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を製造しうる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鋭意検討を重ねた結果、本発明者らは、ＩｎＡｌＡｓ系、及び、ＩｎＡｌＧａＡｓ系において、結晶品質を損なわないままで、炭素ドーピングを施すことに成功した。すなわち、本発明によれば、酸素を低減した状態で、所望の炭素ドーピングを施したＩｎＡｌＧａＡｓ系結晶が得られる。
【０００９】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法は、砒素を含む水素化物を主成分とするＶ族原料、及び、ＩＩＩ族原料を基板に供給して基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長させる際に、基板温度を６５０℃以下に保持し、ＩＩＩ族原料のモル供給量に対するＶ族原料のモル供給量の比率を２５以上とし、炭素を含むドーパントガスを基板に供給することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の別のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法は、砒素を含む有機化合物を主成分とするＶ族原料、及び、ＩＩＩ族原料を基板に供給して基板上にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶を成長させる際に、基板温度を６５０℃以下に保持し、ＩＩＩ族原料のモル供給量に対するＶ族原料のモル供給量の比率を１０以上とし、炭素を含むドーパントガスを基板に供給することを特徴とする。
【００１１】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法は、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａのいずれか一以上とＡｓを主要な構成元素とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造に好ましく適用することができる。特に、少なくともＩｎ、Ａｌ、Ａｓを主要な構成元素とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造や、Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓを主要な構成元素とするＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造に好ましく適用することができる。
【００１２】
また、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法では、基板に供給するＩＩＩ族原料として有機金属化合物を好ましく用いることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、最適化された炭素ドープＩｎＡｌＡｓ層及びＩｎＡｌＧａＡｓ層を実現しうるため、デバイス構造全体にわたって、正確なドーピングプロファイルが実現可能になった。したがって本発明によれば、ドーピングフロントを活性層に近接させることで、キャリヤ走行時間を短縮することが可能であり、また、活性層障壁部分のみに選択的にドーピングすることでフェルミ準位を制御することが可能であり、さらに、ヘテロ界面にドーピングすることで、電気抵抗の低減を実現し、高発光特性を維持したままで高速変調特性を実現することが可能である。
【発明の実施の形態】
【００１４】
以下において、本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の製造方法について詳細に説明する。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００１５】
従来の報告によれば、炭素ドープ可能なＩｎＡｌＡｓ成長条件は低温、低Ｖ／ＩＩＩ比とされており、そこでは、酸素不純物の増加が不可避であった。一方、本発明によれば、使用する成長温度に対してＶ／ＩＩＩ比を適切に選択することにより、酸素濃度を３×１０17ｃｍ-3以下に低減させ、かつ、１×１０18ｃｍ-3以上の濃度の炭素ドープを実現させることが可能になった。また、ドーパントとしてハロゲンを含む原料、たとえば四臭化炭素を加えることによって、さらに効果的に酸素濃度を低減させることができるようになった。
【００１６】
図１および図２に、四臭化炭素を３．２μｍｏｌ／ｍｉｎで添加しつつＩｎＡｌＡｓを成長させた場合における、成長温度とＶ／ＩＩＩ比に対する、酸素濃度と炭素濃度の変化を示す。図１に示されているように、Ｖ／ＩＩＩ比が２０と小さい場合には、成長温度が高い場合（Ａ点）、低い場合（Ｂ点）に関わらず酸素濃度は１１０18ｃｍ-3と高い。ところが、Ｖ／ＩＩＩ比を２００と増加させた場合は、成長温度を５５０℃に下げても（Ｃ点）、酸素濃度は２×１０17ｃｍ-3と低い。ここでの炭素濃度は約１×１０18ｃｍ-3とデバイス適用可能なレベルである。
【００１７】
次に同様のデータを、横軸をＶ／ＩＩＩとし、縦軸を炭素濃度または酸素濃度として依存性を示した（図８，図９）。各温度において、炭素濃度は低Ｖ／ＩＩＩ比領域ではＶ／ＩＩＩ比に反比例して増加する。しかし、酸素濃度は、各温度に対してある一定のＶ／ＩＩＩ比を境として、低Ｖ／ＩＩＩ比側で急激に増加する。この様子は高温でより顕著である。例えば、６１８℃において、酸素濃度が上昇するのはＶ／ＩＩＩ比が６０以下であるのに対し、５５０℃で酸素濃度が増加し始めるＶ／ＩＩＩ比は４００程度と大きい。あるＶ／ＩＩＩ比以下で酸素濃度が増加する理由は、Ａｓがエピタキシャル表面を被覆しきれなくなる低Ｖ／ＩＩＩ比でＶ族空孔が急激に増加し、それが酸素トラップとなるためと考えられる。また、ここで用いたＡｓＨ3は５５０℃に比較して６１８℃では分解効率が高いために、より低Ｖ／ＩＩＩ比までエピタキシャル表面を被覆し、酸素濃度の増加を抑制する。
【００１８】
以上の結果から、高炭素濃度、低酸素濃度を得るためには、ある温度で酸素が上昇し始める直前のＶ／ＩＩＩ比を用いることが望ましい。それらは６１８℃、５８０℃，５５０℃でそれぞれ、Ｖ／ＩＩＩ＝６０，７５，２００近傍に対応する。
【００１９】
また、Ａ，Ｂ，Ｃ各点でＣＶ測定により求めたキャリヤ濃度を図２に白抜き（Ａ’，Ｂ’，Ｃ’）で示した。酸素濃度の高い状態（Ａ，Ｂ）でのキャリヤ濃度は炭素濃度に比較して、大幅に小さい。しかし、酸素濃度の低い状態（Ｃ点）ではキャリヤ濃度は炭素濃度とほぼ一致した。これは、酸素濃度が高い状態Ａ，Ｂでは、添加した炭素により生成されたｐ型キャリヤ（ホール）が、ドナーとなる酸素によって相殺されるが、酸素濃度を３×１０17ｃｍ-3以下に低減することで（Ｃ点）、添加した炭素が効率的にアクセプタとして働くようになるためである。
【００２０】
さらに、フォトルミネッセンス発光により光学特性を調べた。ここでは図３に示す多重量子井戸構造を作製してフォトルミネッセンスを測定して得られた発光スペクトルを図４に示す。図３中の構造でのＩｎＡｌＡｓには図中Ｂ点の条件とＣ点の条件で炭素ドープを施した。図４に見られるように、酸素濃度を低減した条件Ｃではフォトルミネッセンススペクトルの半値幅も狭く、強度も大きいのに対し、酸素濃度が多い条件Ｂではフォトルミネッセンススペクトルの半値幅が広く、強度が弱い。この結果から酸素濃度を低減した状態で炭素ドープを施すことで、良好な光学特性が得られることがわかった。ちなみにＩｎＡｌＡｓに亜鉛ドープした場合のフォトルミネッセンススペクトルも同時に示すが、酸素の少ない炭素ドープサンプルよりも、強度は弱かった。
【００２１】
以上の知見から、ＩｎＡｌＡｓ層においては、酸素濃度を、少なくとも炭素濃度より低減させることが、良好な伝導特性、光学特性を得るために必須であることがはじめて見出された。その濃度は、四臭化炭素の供給量で制御可能であるが、ｐ型層として機能させるためには下限として、１×１０17ｃｍ-3以上が好ましく、より好ましくは３×１０17ｃｍ-3以上、もっとも好ましくは５×１０17ｃｍ-3以上である。上限は、デバイス特性上の観点というよりも、炭素の混入限界で制限される。しかしデバイス設計上の観点からは上限の目安として１×１０20ｃｍ-3程度が適当と考えられる。その理由を以下に述べる。例えば半導体レーザではドーピングにより生成されたキャリヤは、光吸収ロスの要因となる。ロスを最小限に抑えるために５ｎｍ以下の薄膜のみに局所的な高濃度ドーピングを行う場合があるが、その場合のドーピング濃度は高く、１×１０20ｃｍ-3に達する場合もある。そのため、ここでの上限は１×１０20ｃｍ-3が適当である。酸素濃度の下限は低いほどより好ましいが、５×１０16ｃｍ-3以下の濃度測定は現状では困難である。酸素濃度の上限であるが、炭素濃度を超えた場合、キャリヤの補償がデバイス特性の劣化を防ぐため、上限は炭素濃度以下とした。しかし、光学特性を考慮に入れた場合、より望ましくは３×１０17ｃｍ-3以下、かつ、炭素濃度を超えない範囲とするのが適当である。
【００２２】
成長温度は、本発明者らの研究では６５０℃以下とすることにより効率的な炭素の混入が可能であることが判明している。したがって、成長温度の上限は６５０℃以下が好ましく、６２０℃以下がより好ましく、６００℃以下がさらに好ましく、５８５℃以下とするのが最も好ましい。また、下限は結晶性の観点、および、原料の分解の観点から４５０℃以上が好ましく、５００℃以上がより好ましく、５４０℃以上が最も好ましい。また、Ｖ／ＩＩＩ比は、成長温度や成長速度を調整すれば２５程度でも本発明の効果が得られる。したがって、Ｖ／ＩＩＩ比の下限は２５以上が好ましく、５０以上がより好ましく、１５０以上が最も好ましい。上限は結晶性よりも、主に装置律速で決まっており、Ｖ／ＩＩＩ比を上げるためにはしばしば、Ｖ族の増加だけでは足りず、ＩＩＩ族の減少が必要になる。これは、成長速度の低減をもたらし、結果的に雰囲気中の酸素の取り込みを増加させてしまう。このような観点からＶ／ＩＩＩ比の上限は５００以下が好ましく、２５０以下がより好ましく、１８０以下がもっとも好ましい。これはアルシンなどのＶ族ガスに砒素を含む水素化物のＶ族原料を用いた場合である。
【００２３】
一方、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡ）、トリメチル砒素（ＴＭＡｓ）などの砒素を含む有機化合物のＶ族原料を用いた場合には水素化物のＶ族原料を用いた場合と同様の理由から、Ｖ／ＩＩＩ比の上限は、同様に装置律速の観点から１００以下が好ましく、５０以下がより好ましい。下限は１０以上が好ましく、２０以上がより好ましい。
【００２４】
ここで、四臭化炭素の添加量を制御して、ドーピング濃度を変化させられるが、ここでは３μｍｏｌ／ｍｉｎで１×１０18ｃｍ-3の濃度が得られている。飽和の少ないドーパントであるから、添加量の範囲は広いがドーピング範囲を考えると下限は０．３μｍｏｌ／ｍｉｎ程度、上限は３００μｍｏｌ／ｍｉｎが好ましい。
【００２５】
また、４元組成ＩｎＡｌＧａＡｓに対する炭素ドーピング特性を調べたものを図５に示す。ここではＩｎＰ基板上に一定量の四臭化炭素を供給しながらＩｎ0.525（ＡｌxＧａ1-x）0.475Ａｓ層を形成し、炭素濃度、及び、酸素濃度を調べた。ここで作製した四元層はＩｎＰ基板上に格子整合した状態で作製可能であり、レーザの組成傾斜層や、活性層部分の障壁層として用いられる。図５からＡｌとＧａの比（ｘ）が０．５以上では３×１０17ｃｍ-3以上の炭素濃度が得られ、しかも酸素濃度は全体にわたって２×１０17ｃｍ-3以下と低かった。ドーピング濃度は四臭化炭素供給量を増加させることでさらに高くできることと、ｐ型キャリヤを相殺する酸素濃度が低いことから、ＡｌとＧａの比（ｘ）が０．５以上でのＩｎＡｌＧａＡｓ層はｐ型にドーピング可能で電気伝導特性、及び、光学特性にも問題のないことがわかった。したがって、ＡｌとＧａの比（ｘ）は０．３≦ｘ≦１が好ましく、０．５≦ｘ≦１がより好ましく、０．７≦ｘ≦１が最も好ましい。
【００２６】
ここではＩｎＡｌＧａＡｓ系の例を挙げたが、Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ，Ａｓに加えて、他の元素、例えばＰ，Ｎ，Ｓｂなどを含む場合にも本発明は適用される。Ｖ族元素の構成が異なる場合には、ＩｎとＡｌ，Ｃの結合エネルギーの比は同様であるため、Ｖ族元素の種類は何であってもよいが、Ａｓ以外のＶ族元素は全Ｖ族元素中の５０％以下にすることが望ましい。Ｉｎ，Ａｌ，ＧａなどのＩＩＩ族元素については、少なくとも、ＩｎとＡｌをＩＩＩ族元素として含む材料系であれば、本発明を適用することができる。好ましいのは、ＡｌとＧａの比１：１以上でＡｌが多い場合である。ＩＩＩ族元素の原料化合物としては特に制限はないが、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルインジウム、トリメチルアルミニウムなどの有機金属化合物が好ましい。成長方法に関しては、有機金属化合物を使用する方法として、化学ビームエピタキシー法（ＣＢＥ）、有機金属分子線エピタキシー法（ＭＯＭＢＥ）などもあるが、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）がもっとも望ましい。
【００２７】
以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００２８】
実施例
本実施例では、図６および図７に示す構造を有するデバイスを製造した。なお、本明細書に添付した図面は、構造を把握しやすくするために敢えて寸法を変えている部分があるが、実際の寸法は以下の文中に記載されるとおりである。
【００２９】
図６に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板１０の上に、ＭＯＶＰＥを用いて、ｎ型ＩｎＰ層１１、ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓ組成傾斜層１２、ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層１３、下部傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）層１４、５周期の幅６ｎｍの多重量子井戸層１５（ＡｌＧａＩｎＡｓ）と、幅１０ｎｍ炭素ドープ障壁層２（ＩｎＡｌＧａＡｓ）からなる活性層１７、炭素ドープ上部傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）層３、炭素ドープＩｎＡｌＡｓ層４、炭素ドープＩｎＡｌＧａＡｓ組成傾斜層５、ｐ型ＩｎＰスペーサー層２１、ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層２２、ｐ型ＩｎＰアウタークラッド層２３、ｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ層２４を順に積層した。
【００３０】
炭素ドープ層を作製する際には、原料としてＴＭＩｎ，ＴＭＡｌ，ＴＥＧａ，ＡｓＨ3，Ｈ2，ＣＢｒ4の混合ガスを用い、成長温度は５５０℃に保ち、Ｖ／ＩＩＩ比は１６０、ＣＢｒ4の添加量は５μｍｏｌ／ｍｉｎとした。また四臭化炭素によりＩＩＩ族元素（Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ）に対応する成長速度が変化して組成が変動するため、四臭化炭素を添加しないときに比較して、ＩＩＩ族供給量比をあらかじめ変更した。ドーピング濃度は、活性層のＩｎＡｌＧａＡｓ障壁層２部分、炭素ドープ上部傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）層３、炭素ドープＩｎＡｌＡｓ層４では全て１１０18ｃｍ-3とし、炭素ドープＩｎＡｌＧａＡｓ組成傾斜層５では５１０18ｃｍ-3とした。
【００３１】
ここで、下部のｎ型ＩｎＡｌＡｓ層１３から、上部のｐ型ＩｎＡｌＡｓ４に至るまでは成長温度を５５０℃、Ｖ／ＩＩＩ比を２００に設定し、四臭化炭素３μｍｏｌ／ｍｉｎを加えて結晶成長を行った。その結果、これらの結晶中の酸素濃度は２Ｘ１０17ｃｍ-3以下であることを、ＳＩＭＳ分析から確認した。このような観点からＶ／ＩＩＩ比の上限は５００以下が好ましく、３００以下がより好ましく、２５０以下もっとも好ましい。
【００３２】
上記のような炭素ドープＩｎＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ基板１を形成した後に、以下に示すようなプロセスを経て、図７に示すようなＩｎＡｌＧａＡｓ系半導体レーザを作製した。まず、幅５μｍ、ピッチ３００μｍ程度のストライプ状のフォトレジストマスクを積層構造上に形成し、それをマスクとしてウェットエッチングを行い、リッジ２５を形成した。ウェットエッチングの際に、ｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ層２４には燐酸と過酸化水素の混合水溶液、ｐ型ＩｎＰアウタークラッド層２３には塩酸の希釈水溶液を用いた。これによって、エッチングをＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層２２で停止させることができ、制御性が向上した。その後、フォトレジストを剥離して、全面にＳｉ3Ｎ4誘電体膜２６などの絶縁膜を形成した。さらに、Ｓｉ3Ｎ4誘電体膜２６のメサ上面部分にストライプ上に選択的にコンタクトホール２７を開け、ｐ型電極２８を形成した。基板側は１００μｍ程度の薄さにまで研磨して、ｎ型電極２９を形成した。このようなプロセスを経た後に、キャビティー長３００μｍ程度のレーザチップを切り出し、両ファセット面に高反射率誘電体多層膜を形成してレーザを完成させた。
【００３３】
本素子でのドーピングフロントから量子井戸までの間隔は、活性層の障壁層の幅（約１０ｎｍ）しかなく、キャリヤ走行時間による変調速度の遅延はほぼ無視できる程度に短くなった。また障壁層に炭素ドープを施したことによって文献(Japanese Journal of Applied Physics vol.29 No. 1 (1990) 81-87)に示されるようにキャリヤ寿命はアンドープのときに比較して１／１０と短くなった。さらに、バンドスパイクが生じるＩｎＡｌＧａＡｓ組成傾斜層に選択的に高濃度ドーピングを施したことで、電気抵抗が２０Ωから７Ωにまで減少した。以上述べた素子構造の改善により、本素子での８５℃における変調帯域幅（緩和振動周波数ｆｒ）は１２ＧＨｚになり、亜鉛ドープした素子（８ＧＨｚ）の１．５倍に向上した。
【００３４】
炭素ドープＩｎＡｌ（Ｇａ）Ａｓ層はレーザの層構造に使用することで、デバイス特性の向上に寄与するが、ＩｎＡｌＡｓ層はバンド構造の特徴からヘテロバイポーラトランジスタなどの電子デバイスにも、有望とされている。この場合にもｐ型のドーパントとして亜鉛ではなく、炭素を用いることで、ドーピングプロファイルが精密に制御でき、さらに、酸素を低減することで、キャリヤの補償が少なく、ホールの移動度の高いドーピングが可能となるため、デバイス特性の向上に寄与する。
【００３５】
また、本実施例ではＩｎＰ基板上のＩｎＡｌＡｓ，ＩｎＡｌＧａＡｓを採用したが、Ｉｎ，Ａｌ，Ｇａ，Ａｓ以外の元素を含んだ化合物半導体にも本発明は効果がある。例えばＶ族としてＮやＰを含ませることもできるが、Ａｓ以外のＶ族元素は全Ｖ族元素中の５０％以下にすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】四臭化炭素３．２μｍｏｌ／ｍｉｎをＩｎＡｌＡｓ成長時に添加した場合の、成長温度とＶ／ＩＩＩ比に対する、酸素濃度の変化を示す図である。
【図２】四臭化炭素３．２μｍｏｌ／ｍｉｎをＩｎＡｌＡｓ成長時に添加した場合の、成長温度とＶ／ＩＩＩ比に対する、炭素濃度の変化を示す図である。
【図３】フォトルミネッセンス測定用多重量子井戸構造を示す図である。
【図４】フォトルミネッセンススペクトルである。
【図５】４元組成ＩｎＡｌＧａＡｓに対する炭素ドーピング特性を示す図である。
【図６】炭素ドープを用いたＩｎＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ構造を示す概略図である。
【図７】炭素ドープを用いたＩｎＡｌＧａＡｓ系半導体レーザの断面図である。
【図８】四臭化炭素３．２μｍｏｌ／ｍｉｎをＩｎＡｌＡｓ成長時に添加した場合の、酸素濃度のＶ／ＩＩＩ比依存性を示す図である。
【図９】四臭化炭素３．２μｍｏｌ／ｍｉｎをＩｎＡｌＡｓ成長時に添加した場合の、炭素濃度のＶ／ＩＩＩ比依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  炭素ドープＩｎＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ基板
２  炭素ドープ障壁層
３  炭素ドープ上部傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）層
４  炭素ドープＩｎＡｌＡｓ層
５  炭素ドープＩｎＡｌＧａＡｓ組成傾斜層
１０  ｎ型ＩｎＰ基板
１１  ｎ型ＩｎＰ層
１２  ｎ型ＩｎＡｌＧａＡｓ組成傾斜層
１３  ｎ型ＩｎＡｌＡｓ層
１４  下部傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）層
１５  ５周期の多重量子井戸層
１６  障壁層
１７  活性層
１８  上部傾斜屈折率（ＧＲＩＮ）層
２１  ｐ型ＩｎＰスペーサー層
２２  ＩｎＧａＡｓＰエッチストップ層
２３  ｐ型ＩｎＰアウタークラッド層
２４  ｐ型ＩｎＧａＡｓキャップ層
２５  リッジ
２６  Ｓｉ3Ｎ4誘電体膜
２７  コンタクトホール
２８  ｐ型電極
２９  ｎ型電極
【図１】
2004356611.tif 000002
【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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