(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノンドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる下層の上に、ノンドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる上層を形成する工程と、
有機金属気相成長装置を用いた気相拡散により不純物原料ガスを供給しながら前記上層に不純物を添加する工程と、
前記不純物原料ガスの供給を止める又は供給量を下げて前記気相拡散を続ける工程と、
前記不純物原料ガスの供給を止めた後又は供給量を下げた後に、前記不純物原料ガスの供給を再開する又は供給量を上げて前記気相拡散を続ける工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記下層は活性層であり、前記上層はコンタクト層又はクラッド層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記気相拡散を行う前に前記上層の上に拡散領域を限定させるための選択マスクを形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記下層と前記上層の間に前記上層よりも前記不純物の拡散速度が遅い低拡散層を形成する工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に気相拡散法により不純物を添加する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた光半導体レーザは、電極との接触層であるコンタクト層、発光部である活性層、その活性層を挟みキャリアと光を閉じ込めるクラッド層を積層したエピタキシャル構造を持つ。光通信ネットワークの大容量化に伴って更なる高速・高温動作と低消費電力が求められている。このため、活性層の高結晶品質化とデバイスの低抵抗化が必須である。従来の結晶成長技術による不純物添加では、活性層に不純物が拡散することで結晶品質が低下し、発光効率と光出力を下げる要因となっている。また、素子の直列抵抗を下げるためにクラッド層内の不純物濃度を上げることでも、活性層に不純物が拡散しやすくなる。【０００３】
これに対して、活性層中に不純物を拡散させずに高濃度ドーピングする手法として気相拡散法が用いられている。例えば、気相成長装置による開管法を用いて拡散原料としてＤＭＺｎなどを流すことで、ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層に１Ｅ１９ｃｍ−３、ＩｎＰクラッド層に１Ｅ１８ｃｍ−３のＺｎを添加することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ｐ−ＩｎＰクラッド層を低抵抗化するため、Ｚｎを添加しながらクラッド層を結晶成長させた後、気相拡散法により更に高濃度にドーピングすることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特開平６−３１０４４９号公報
【特許文献２】日本特開２００９−３２７３８号公報
【特許文献３】日本特開２００４−４７９６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ノンドープ層に不純物を拡散させる気相拡散技術では、クラッド層内に濃度勾配がつき、クラッド層と活性層との間でのキャリア濃度が減少する。活性層近傍のクラッド層内のキャリア濃度が低下することで、活性層に閉じ込められたキャリアがクラッド層に拡散し、レーザの動作電流が高くなるという問題がある。また、活性層近傍のクラッド層内のキャリア濃度を上昇させるために長時間拡散すると、活性層内に不純物が拡散し、活性層の結晶品質を低下させてしまう。【０００６】
また、結晶成長時にクラッド層に不純物を添加することで、後の再成長の熱履歴又は気相拡散時の熱履歴を受け、同じく活性層内に不純物が拡散し、活性層の結晶品質を低下させるという問題がある。【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は下層内に不純物が拡散するのを防ぎつつ、下層近傍の上層内の不純物濃度を上昇させることができる半導体装置の製造方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、ノンドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる下層の上に、ノンドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる上層を形成する工程と、有機金属気相成長装置を用いた気相拡散により不純物原料ガスを供給しながら前記上層に不純物を添加する工程と、前記不純物原料ガスの供給を止める又は供給量を下げて前記気相拡散を続ける工程と、前記不純物原料ガスの供給を止めた後又は供給量を下げた後に、前記不純物原料ガスの供給を再開する又は供給量を上げて前記気相拡散を続ける工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、下層内に不純物が拡散するのを防ぎつつ、下層近傍の上層内の不純物濃度を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の不純物プロファイルを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の不純物プロファイルを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る半導体装置の不純物プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１２】
実施の形態１．
図１及び図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。まず、図１に示すように、有機金属気相成長装置を用いて従来と同様の製造工程によりｎ型ＩｎＰ基板１上にｎ型ＩｎＰクラッド層２と活性層３を順に形成する。従来であれば、次にｐ型クラッドとｐ型コンタクト層を結晶成長技術により形成するが、本実施の形態では意図的に不純物を添加しないノンドープＩｎＰのクラッド層４とノンドープＩｎＧａＡｓ又はノンドープＩｎＧａＡｓＰのコンタクト層５を順に形成する。
【００１３】
結晶成長で用いた有機金属気相成長装置をそのまま用いた気相拡散により、図２に示すように、活性層３上部のクラッド層４とコンタクト層５に不純物を添加してｐ型化する。ｐ型化する際は、炉内に、ＤＥＺｎ又はＤＭＺｎなどの不純物原料ガス、ＡｓＨ３又はＰＨ３などのＶ族原料ガスを供給する。これにより、Ｖ族原料が脱離するのを抑えて半導体結晶性を確保しながら不純物を拡散することができる。拡散実施温度は例えば４００−４５０℃で反応炉内の圧力は１００−７００ｍｂａｒである。気相拡散を用いることでクラッド層４とコンタクト層５に高濃度に不純物を添加することができる。
【００１４】
次に、不純物原料ガスの供給を止める又は供給量を下げて気相拡散を続ける。気相拡散の間は拡散実施温度及び反応炉内の圧力を維持し、Ｖ族原料ガスを供給し続ける。さらに必要であれば、不純物原料ガスの供給を再開する又は供給量を上げて気相拡散を続ける。このような不純物原料ガスの供給量を高精度に制御する方法は、ＭＦＣ（マスフローコントローラー）を用いた半導体結晶成長装置で初めて実現ができ、従来の閉管法では困難である。ＭＦＣを用いることで１度の拡散工程で不純物濃度プロファイルを細かく制御することができる。
【００１５】
図３及び図４は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の不純物プロファイルを示す図である。図３の供給中断前プロファイルから分かるように、層表面から不純物を拡散する拡散法では、層表面ほど濃度が高く、拡散フロントでは濃度が低くなる傾向がある。そこで、本実施の形態では、不純物原料ガスの供給を止める又は供給量を下げて気相拡散を続ける。これにより、図３の供給中断後プロファイルから分かるように、層表面の不純物濃度が減少し、不純物は濃度差を均一化するように拡散する。拡散速度が速いクラッド層４と拡散速度が遅い活性層３の界面で急峻に不純物プロファイルが落ちながら、十分なキャリア濃度を確保することができる。よって、活性層３内に不純物が拡散するのを防ぎつつ、クラッド層４内の不純物濃度を平坦化しながら活性層３近傍のクラッド層４内の不純物濃度を上昇させることができる。これにより、素子の直列抵抗を下げ、活性層３の結晶品質を確保しながら、キャリアのオーバーフローを抑制することができる。
【００１６】
ただし、不純物濃度の平坦化に伴ってコンタクト層５の表面の不純物濃度が下がる。そこで、不純物原料ガスの供給を再開する又は供給量を上げて気相拡散を続ける。これにより、図４の供給再開後プロファイルから分かるように、コンタクト層５の表面への追加の不純物添加が可能となり、コンタクト抵抗を下げることができる。
【００１７】
実施の形態２．
図５及び図６は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。実施の形態１ではクラッド層４とコンタクト層５を形成し、そのまま有機金属気相成長装置内で気相拡散を実施した。これに対して、本実施の形態では、クラッド層４とコンタクト層５を形成した後、有機金属気相成長装置からｎ型ＩｎＰ基板１を取り出す。そして、図５に示すように、コンタクト層５の上に拡散領域を限定させるためのＳｉＯ２などの選択マスク６を形成する。次に、ｎ型ＩｎＰ基板１を再び有機金属気相成長装置内に導入し、図６に示すように、実施の形態１に記載の気相拡散工程を実施する。これにより、厚み方向に沿った不純物拡散プロファイルは変わらないが、選択マスク６を形成することで不純物の拡散領域を選択的に形成することができる。例えば、半導体レーザの電流狭窄構造を気相拡散により作成することができる。従って、効率的に活性層へ電流を注入して発光効率を上げることができる。
【００１８】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。活性層３とクラッド層４の間に、クラッド層４よりも不純物の拡散速度が遅い低拡散層７を形成する。低拡散層７は、例えば拡散係数の小さいＭｇ又はＣなどを添加した層、又は圧縮歪層である（例えば、特許文献３参照）。これにより、気相拡散中に活性層３への不純物拡散を更に抑えることができる。
【００１９】
図８は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の不純物プロファイルを示す図である。低拡散層７を導入することで、クラッド層４の不純物濃度プロファイルを更に平坦化することができる。
【００２０】
なお、実施の形態１〜３では、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いたレーザの製造方法を説明したが、本発明はデバイスを限定するものではなく、デバイスの種類と構造は適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００２１】
３  活性層（下層）、４  クラッド層（上層）、５  コンタクト層（上層）、６  選択マスク、７  低拡散層
【要約】
ノンドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる下層（３）の上に、ノンドープＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる上層（４，５）を形成する。有機金属気相成長装置を用いた気相拡散により不純物原料ガスを供給しながら上層（４，５）に不純物を添加する。不純物原料ガスの供給を止める又は供給量を下げて気相拡散を続ける。【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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