(57)【要約】  【課題】  III-Ｖ族化合物半導体のｐ型のドーパントにマグネシウム（Ｍｇ）を用いる際のメモリ効果を防止して、制御性に優れたｐ型ドーピングを行なえるようにする。  【解決手段】  ＧａＡｓからなる基板１０の上に、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１の半導体層１１をｐ型ドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）を添加しながら結晶成長により形成する。続いて、第１の半導体層１１の上にＧａＡｓからなる第２の半導体層１２をマグネシウムを添加せずに成長させる。これにより、第２の半導体層１２はマグネシウムにより生じる意図しないドーピング（メモリ効果）を防止することができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リンを含む第１の化合物半導体層をマグネシウムを添加しながら形成する工程（ａ）と、
前記第１の化合物半導体層の上に、第２の化合物半導体層をマグネシウムを添加せずに形成する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする化合物半導体の製造方法。
【請求項２】
前記第２の化合物半導体層はヒ素又は窒素を含むことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項３】
基板の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加され且つ組成にリンを含む第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加されていない第２の化合物半導体層とを備えていることを特徴とする化合物半導体。
【請求項４】
前記第２の化合物半導体層は組成にヒ素又は窒素を含むことを特徴とする請求項３に記載の化合物半導体。
【請求項５】
第１の化合物半導体層をマグネシウムを添加しながら形成する工程（ａ）と、
前記第１の化合物半導体層の上に、リンを含む第２の化合物半導体層をマグネシウムを添加せずに形成する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする化合物半導体の製造方法。
【請求項６】
前記第１の化合物半導体層はリンを含むことを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ｂ）の後に、前記第２の化合物半導体層の上に、ヒ素又は窒素を含む第３の化合物半導体層を形成する工程（ｃ）をさらに備えていることを特徴とする請求項５又は６に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項８】
前記第１の化合物半導体層はヒ素又は窒素を含み、
前記工程（ｂ）の後に、前記第２の化合物半導体層を除去する工程（ｃ）をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項９】
前記工程（ｂ）において、前記第２の化合物半導体層は亜鉛を添加しながら形成することを特徴とする請求項５に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の化合物半導体層はその厚さが０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の化合物半導体の製造方法。
【請求項１１】
基板の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加された第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層の上に形成され、組成にリンを含む第２の化合物半導体層とを備えていることを特徴とする化合物半導体。
【請求項１２】
前記第１の化合物半導体層は組成にリンを含むことを特徴とする請求項１１に記載の化合物半導体。
【請求項１３】
前記第２の化合物半導体層は、ドーパントとして亜鉛が添加されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の化合物半導体。
【請求項１４】
基板の上に、第１の化合物半導体層であるｎ型クラッド層を形成する工程（ａ）と、
前記ｎ型クラッド層の上に、第２の化合物半導体層である活性層を形成する工程（ｂ）と、
前記活性層の上に、第３の化合物半導体層をマグネシウムを添加しながら形成する工程（ｃ）と、
前記第３の化合物半導体層の上に、リンを含む第４の化合物半導体層をマグネシウムを添加せずに形成する工程（ｄ）とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ｄ）において、前記第４の化合物半導体層は亜鉛を添加しながら形成することを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第３の化合物半導体層及び第４の化合物半導体層はＡｌＧａＩｎＰからなり、
前記工程（ｃ）と前記工程（ｄ）との間に、前記第３の化合物半導体層の上に、ＧａＩｎＰからなる第５の化合物半導体層を成長する工程（ｅ）をさらに備えていることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第５の化合物半導体層はその厚さが１５ｎｍ以下であり、
前記工程（ｄ）の後に、前記第４の化合物半導体層をリッジ形状とする工程（ｆ）をさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第４の化合物半導体層はその厚さが、０．１μｍ以上であることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
基板の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加され且つ組成にリンを含む第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加されていない第２の化合物半導体層とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２０】
基板の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加された第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層の上に形成され、組成にリンを含む第２の化合物半導体層とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２１】
基板の上に形成された第１の化合物半導体層であるｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層の上に形成され、第２の化合物半導体層である活性層と、
前記活性層の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加された第３の化合物半導体層と、
前記第３の化合物半導体層の上に形成され、組成にリンを含む第４の化合物半導層とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２２】
前記第４の化合物半導体層は、ドーパントとして亜鉛が添加されていることを特徴とする請求項２１に記載の半導体装置。
【請求項２３】
前記第３の化合物半導体層と前記第４の化合物半導体層との間に形成され、厚さが１５ｎｍ以下のＧａＩｎＰからなる第５の化合物半導体層をさらに備え、
前記第４の化合物半導体層は、ＡｌＧａＩｎＰからなり且つリッジ形状を有していることを特徴とする請求項２２に記載の半導体装置。
【請求項２４】
基板の上に形成された第１の化合物半導体層であるｎ型コレクタ層と、
前記ｎ型コレクタ層の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加され且つ組成にリンを含む第２の化合物半導体層であるｐ型ベース層と、
前記ｐ型ベース層の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加されていない第３の化合物半導体層であるｎ型エミッタ層とを備えていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用いて構成される化合物半導体及びその製造方法並びに半導体装置並びにその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルヴァーサタイルディスク(ＤＶＤ：Digital Versatile Disk)装置は、極めて高密度に情報を記録できることから、パーソナルコンピュータや映像音響機器の分野で急速に普及しつつある。特に近年、ＤＶＤに対する書き込み又は書き換えが可能なＤＶＤ装置は、例えば大容量の外部記憶装置（例えば、いわゆるＤＶＤ−ＲやＤＶＤ−ＲＡＭ）又はビデオテープレコーダに替わる次世代の映像記録装置（ＤＶＤレコーダ）としてさらなる普及が期待されており、このためには書き込み速度の向上が重要な課題となる。
【０００３】
書き込み又は書き換えが可能なＤＶＤ装置において、データの読み出し又は書き換えを行なうためのピックアップ光源には、波長が約６５０ｎｍの赤色光を出力する半導体レーザ装置が用いられている。このため、ＤＶＤ装置の書き込み速度を向上するためには、半導体レーザ装置の高出力化が必要となる。
【０００４】
以下、従来の赤色光を出力可能な半導体レーザ装置について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図９は従来の半導体レーザ装置の断面構成を示している。図９に示すように、ｎ型ＧａＡｓからなる基板６０の主面上には、ＡｌＧａＩｎＰからなるｎ型クラッド層６１、ＡｌＧａＩｎＰ層とＧａＩｎＰ層とが交互に積層されてなる量子井戸構造を有する活性層６２、ＡｌＧａＩｎＰからなる第１のｐ型クラッド層６３及びＧａＩｎＰからなるエッチングストップ層６４が順次積層されている。エッチングストップ層６４の上には、リッジ形状に加工されたＡｌＧａＩｎＰからなる第２のｐ型クラッド層６５が形成され、該第２のｐ型クラッド層６５の上にはｐ型ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層６６が形成されている。エッチングストップ層６４の上には第２のｐ型クラッド層６５及び第１のコンタクト層６６の側方領域を埋めるように、ｎ型ＡｌＩｎＰからなる第１の電流ブロック層６７及びｎ型ＧａＡｓからなる第２の電流ブロック層６８が形成されている。さらに、第１のコンタクト層６６及び第２の電流ブロック層６８の上にはｐ型ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層６９が形成されている。ここで、基板６０上の各半導体層６１〜６９は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ:Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法又は電子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）法を用いた結晶成長により形成される。
【０００６】
基板６０におけるｎ型クラッド層６１の反対側の面上にはオーミック性のｎ側電極７０が形成され、第２のコンタクト層６９の上にもオーミック性のｐ側電極７１が形成されている。
【０００７】
ところで、ＡｌＧａＩｎＰのｐ型ドーパントには、一般に亜鉛（Ｚｎ）が用いられているが、亜鉛はＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料に対する拡散係数が大きいため、例えば半導体レーザ装置を製造する際の結晶成長工程又は熱処理工程の間に第１のｐ型クラッド層６３から活性層６２の量子井戸にまで亜鉛が拡散してしまう。この場合、活性層６２の量子井戸に拡散した亜鉛により、活性層６２に非発光性の再結合中心が生じるため、半導体レーザ装置の発光効率が低下する。また、ドーパントである亜鉛が活性層６２中に拡散することにより、量子井戸の結晶性が劣化するため、半導体レーザ装置の信頼性が低下するという問題をも生じる。
【０００８】
これに対し、マグネシウム（Ｍｇ）は、ＡｌＧａＩｎＰ中でｐ型の導電性を示し、且つ拡散係数が小さいドーパントであることが知られている。しかしながら、マグネシウムは、結晶成長装置における配管や反応炉に強く吸着し、原料の供給を停止した後や次の結晶成長の際にも、意図しないマグネシウムのドーピングが生じてしまう、いわゆるメモリ効果を有することが知られている。
【０００９】
図１０は本願発明者らがマグネシウムのメモリ効果を確認するために行なった実験の結果を示している。ここでは、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＡｓからなる基板の上にＧａＡｓからなる半導体層を成長する際に、該半導体層の成長途中に互いに間隔をおいて４層のＭｇドーピング領域（Ｍｇの原料を供給する領域）Ａを形成し、４層のＭｇドーピング領域Ａが形成された半導体層に対し、マグネシウムの濃度プロファイルを２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ:Secondary Ion Mass Spectrometry）法により測定している。図１０からは、ＧａＡｓからなる半導体層の成長時に、マグネシウムの原料の供給を停止した後においても、マグネシウムは少なくとも１０16乗台後半の濃度を示すことが分かる。
【００１０】
このようなメモリ効果を回避するための方法として、例えばｐ型ドーパントをドープしない半導体層を成長させる反応炉と、ｐ型ドーパントをドープする他の反応炉とを使い分ける方法が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平１１−１１２０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では複数の反応炉を用意する必要があり、その上、複数の反応炉の間で試料（基板）の移動が必要になる等、製造設備及び製造工程が複雑になるという問題がある。
【００１２】
さらに、複数の反応炉間で基板を移動させると、結晶成長を中断及び再開する必要があるため、一貫して多層構造を形成する場合と比べて、各半導体層の界面の平坦性や、界面における組成変化の急峻性が低下するという問題も生じる。
【００１３】
本発明は、前記従来の問題を解決し、III-Ｖ族化合物半導体におけるｐ型を示すドーパントにマグネシウム（Ｍｇ）を用いる際のメモリ効果を防止して、制御性に優れたｐ型ドーピングを行なえるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明者は、メモリ効果の原因について種々の検討を重ねた結果、マグネシウム（Ｍｇ）をドーピングする化合物半導体の組成により、メモリ効果の程度が著しく異なるという第１の知見を得ている。すなわち、Ｖ族元素にヒ素（Ａｓ）を含む化合物半導体にＭｇドーピングを行なう場合にはメモリ効果が大きいのに対し、Ｖ族元素にリン（Ｐ）を含む化合物半導体にＭｇドーピングを行なう場合にはメモリ効果が大きく低減されるというものである。これは、Ｖ族元素にヒ素（Ａｓ）を含む化合物半導体にマグネシウムをドープする場合にはドーピング効率が低いことから成長炉内にＭｇが残留しやすいのに対し、Ｖ族元素にリンを含む化合物半導体にマグネシウムをドープする場合にはドーピング効率が高く、結晶内にマグネシウムが取り込まれやすくなる結果、反応炉に残留するマグネシウムが低減されるためであると考えられる。すなわち、ドーパントとしてのＭｇは、リンとの結合力がヒ素との結合力よりも強いと考えられる。
【００１５】
また、本願発明者は、マグネシウムの供給を停止した後に、Ｖ族元素にリンを含む化合物半導体を成長させると、マグネシウムの濃度プロファイルが成長方向で急峻となるという第２の知見を得ている。すなわち、Ｖ族元素にリンを含む化合物半導体層をアンドープで成長させた場合には、この化合物半導体層の成長の下地層にたとえマグネシウムをドープして成長したとしても、該アンドープの化合物半導体層におけるＭｇ濃度は急激に減少する。これは、アンドープの化合物半導体層の成長工程において反応副生成物とマグネシウムとが何らかの形で結合して、該化合物半導体層の成長に寄与しない成分に変化するためと考えられる。
【００１６】
具体的に、本発明に係る第１の化合物半導体の製造方法は、第１の知見に基づいてなされ、リンを含む第１の化合物半導体層をマグネシウムを添加しながら形成する工程（ａ）と、第１の化合物半導体層の上に、第２の化合物半導体層をマグネシウムを添加せずに形成する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
第１の化合物半導体の製造方法によると、リンを含む第１の化合物半導体層をマグネシウムを添加しながら形成した後に、該第１の化合物半導体層の上に、第２の化合物半導体層をマグネシウムを添加せずに形成するため、前記第１の知見から、リンを含む第１の化合物半導体層においては、マグネシウムのドーピング効率が向上すると共に第２の化合物半導体層には、マグネシウムのメモリ効果を防止することができ、従って、第２の化合物半導体層に不要なマグネシウムのドープが生じなくなる。
【００１８】
第１の化合物半導体の製造方法において、第２の化合物半導体層はヒ素又は窒素を含むことが好ましい。
【００１９】
本発明に係る第１の化合物半導体は、第１の知見に基づいてなされており、基板の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加され且つ組成にリンを含む第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加されていない第２の化合物半導体層とを備えていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の第１の化合物半導体によると、ドーパントとしてマグネシウムが添加されていない第２の化合物半導体層は、マグネシウムが添加され且つ組成にリンを含む第１の化合物半導体層の上に形成されているため、第２の化合物半導体層には、第１の化合物半導体層のドーパントであるマグネシウムのメモリ効果が生じないので、第１の化合物半導体と第２の化合物半導体との界面でのマグネシウム濃度のプロファイルは急峻となる。
【００２１】
本発明の第１の化合物半導体において、第２の化合物半導体層は組成にヒ素又は窒素を含むことが好ましい。
【００２２】
本発明に係る第２の化合物半導体の製造方法は、第２の知見に基づいてなされ、第１の化合物半導体層をマグネシウムを添加しながら形成する工程（ａ）と、第１の化合物半導体層の上に、リンを含む第２の化合物半導体層をマグネシウムを添加せずに形成する工程（ｂ）とを備えていることを特徴とする。
【００２３】
第２の化合物半導体の製造方法によると、第１の化合物半導体層をマグネシウムを添加しながら形成した後、該第１の化合物半導体層の上に、リンを含む第２の化合物半導体層をマグネシウムを添加せずに形成するため、前記第２の知見から、リンを含む第２の化合物半導体層は、マグネシウムのメモリ効果を防止することができ、従って、第２の化合物半導体層に不要なマグネシウムのドープが生じなくなる。
【００２４】
第２の化合物半導体の製造方法において、第１の化合物半導体層はリンを含むことが好ましい。このようにすると、リンを含む第１の化合物半導体層にｐ型ドーパントであるマグネシウムを確実にドープすることができる。
【００２５】
第２の化合物半導体の製造方法は、工程（ｂ）の後に、第２の化合物半導体層の上に、ヒ素又は窒素を含む第３の化合物半導体層を形成する工程（ｃ）をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、第２の化合物半導体層の上に形成されるヒ素又は窒素を含む第３の化合物半導体層へのマグネシウムのメモリ効果がさらに抑制される。
【００２６】
第２の化合物半導体の製造方法において、第１の化合物半導体層はヒ素又は窒素を含み、第２の化合物半導体の製造方法は、工程（ｂ）の後に、第２の化合物半導体層を除去する工程（ｃ）をさらに備えていることが好ましい。このように、リンを含む第２の化合物半導体層を除去するため、マグネシウムを添加する際のメモリ効果を防止しながら、マグネシウムをドープしたヒ素又は窒素を含む化合物半導体を得ることができる。
【００２７】
第２の化合物半導体の製造方法は、工程（ｂ）において、第２の化合物半導体層を亜鉛を添加しながら形成することが好ましい。このようにすると、第２の化合物半導体層の導電型をもｐ型とすることができるので、第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層とを共にｐ型とすることができる。特に、第１の化合物半導体層と第２の化合物半導体層との材料組成が同一の場合は、第２の化合物半導体層を選択的に除去することはできないが、第２の化合物半導体層に亜鉛（Ｚｎ）を添加することにより、化合物半導体の全体をｐ型とすることが容易となる。その上、第１の化合物半導体層のドーパントは拡散係数が小さいマグネシウムであり、また、拡散係数が大きい亜鉛が添加された第２の化合物半導体層と基板との間には第１の化合物半導体層が形成されているため、第２の化合物半導体層から基板側への亜鉛の拡散を防止することができる。
【００２８】
第２の化合物半導体の製造方法において、第２の化合物半導体層はその厚さが０．１μｍ以上であることが好ましい。このようにすると、マグネシウムのメモリ効果を確実に低減することができる。
【００２９】
本発明に係る第２の化合物半導体は、第２の知見に基づいてなされており、基板の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加された第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層の上に形成され、組成にリンを含む第２の化合物半導体層とを備えていることを特徴とする。
【００３０】
本発明の第２の化合物半導体によると、マグネシウムが添加された第１の化合物半導体層の上に形成され、組成にリンを含む第２の化合物半導体層には、ドーパントであるマグネシウムのメモリ効果が生じないため、第１の化合物半導体と第２の化合物半導体との界面でのマグネシウム濃度のプロファイルは急峻となる。
【００３１】
本発明の第２の化合物半導体において、第１の化合物半導体層は組成にリンを含むことが好ましい。
【００３２】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、第２の知見に基づいてなされ、基板の上に、第１の化合物半導体層であるｎ型クラッド層を形成する工程（ａ）と、ｎ型クラッド層の上に、第２の化合物半導体層である活性層を形成する工程（ｂ）と、活性層の上に、第３の化合物半導体層をマグネシウムを添加しながら形成する工程（ｃ）と、第３の化合物半導体層の上に、リンを含む第４の化合物半導体層をマグネシウムを添加せずに形成する工程（ｄ）とを備えていることを特徴とする。
【００３３】
本発明の半導体装置の製造方法によると、活性層の上に形成される第３の化合物半導体層に添加するドーパントは拡散係数が小さいマグネシウムであるため、ｐ型の第３の化合物半導体層から活性層への不純物の拡散が抑制されるので、発光効率が良好で且つ信頼性が高い半導体装置を得ることができる。また、第３の化合物半導体層の上にリンを含む第４の化合物半導体層を形成する工程においてはマグネシウムを添加しないため、第４の化合物半導体層にマグネシウムのメモリ効果が生じず、従って、第４の化合物半導体層にはマグネシウムが取り込まれにくくなる。
【００３４】
本発明の半導体装置の製造方法は、工程（ｄ）において、第４の化合物半導体層を亜鉛を添加しながら形成することが好ましい。このようにすると、第４の化合物半導体層の導電型をもｐ型とすることができるため、第４の化合物半導体層を除去することなく、半導体装置を得ることができる。
【００３５】
第４の化合物半導体層に亜鉛を添加する場合に、第３の化合物半導体層及び第４の化合物半導体層はＡｌＧａＩｎＰからなり、本発明の半導体装置の製造方法は、工程（ｃ）と工程（ｄ）との間に、第３の化合物半導体層の上に、ＧａＩｎＰからなる第５の化合物半導体層を成長する工程（ｅ）をさらに備えていることが好ましい。
【００３６】
このようにすると、第３の化合物半導体層と第５の化合物半導体層、又は第４の化合物半導体層と第５の化合物半導体層との界面における混晶の組成の相違により、第４の化合物半導体層から基板側へのＺｎの拡散を防止することが可能となる。
【００３７】
この場合に、第５の化合物半導体層はその厚さが１５ｎｍ以下であり、本発明の半導体装置の製造方法は、工程（ｄ）の後に、第４の化合物半導体層をリッジ形状とする工程（ｆ）をさらに備えていることが好ましい。
【００３８】
このようにすると、第５の化合物半導体層をエッチング停止層に利用して、第４の化合物半導体層をリッジ形状に加工することにより、リッジ導波型の半導体レーザ装置を得ることができる。
【００３９】
本発明の半導体装置の製造方法において、第４の化合物半導体層はその厚さが、０．１μｍ以上であることが好ましい。このようにすると、第４の化合物半導体層の上側の層に拡散係数が比較的大きい亜鉛をドーパントに用いた場合であっても、亜鉛の基板側への拡散を防止することができる。
【００４０】
本発明に係る第１の半導体装置は、基板の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加され且つ組成にリンを含む第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加されていない第２の化合物半導体層とを備えていることを特徴とする。
【００４１】
本発明に係る第２の半導体装置は、基板の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加された第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層の上に形成され、組成にリンを含む第２の化合物半導体層とを備えていることを特徴とする。
【００４２】
本発明に係る第３の半導体装置は、基板の上に形成された第１の化合物半導体層であるｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上に形成され、第２の化合物半導体層である活性層と、活性層の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加された第３の化合物半導体層と、第３の化合物半導体層の上に形成され、組成にリンを含む第４の化合物半導層とを備えていることを特徴とする。
【００４３】
本発明の第３の半導体装置において、第４の化合物半導体層は、ドーパントとして亜鉛が添加されていることが好ましい。
【００４４】
本発明の第３の半導体装置は、第３の化合物半導体層と第４の化合物半導体層との間に形成され、厚さが１５ｎｍ以下のＧａＩｎＰからなる第５の化合物半導体層をさらに備え、第４の化合物半導体層は、ＡｌＧａＩｎＰからなり且つリッジ形状を有していることが好ましい。
【００４５】
本発明に係る第４の半導体装置は、基板の上に形成された第１の化合物半導体層であるｎ型コレクタ層と、ｎ型コレクタ層の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加され且つ組成にリンを含む第２の化合物半導体層であるｐ型ベース層と、ｐ型ベース層の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加されていない第３の化合物半導体層であるｎ型エミッタ層とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４６】
本発明に係る第１の化合物半導体及びその製造方法によると、リンを含む第１の化合物半導体層にマグネシウムを添加することにより、マグネシウムのドーピング効率が向上し、第１の化合物半導体層に続く第２の化合物半導体層の形成工程においてマグネシウムの第２の化合物半導体層への取り込まれ（メモリ効果）を抑制することができる。
【００４７】
本発明に係る第２の化合物半導体及びその製造方法によると、マグネシウムを添加しながら第１の化合物半導体層を形成した場合においても、マグネシウムを添加せずにリンを含む第２の化合物半導体層の形成を続いて行なうことにより、第２の化合物半導体層中のマグネシウムの濃度が急激に低下するため、マグネシウムのメモリ効果を抑制することができる。
【００４８】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法によると、ドーパントにマグネシウムを用いた場合のメモリ効果を抑制することができるため、拡散係数が小さいマグネシウムをｐ型化合物半導体層のドーパントとして用いることが可能となる。このため、半導体装置を発光装置とした場合には、活性層へのドーパントの拡散による発光効率の低下が抑制され、信頼性が高い半導体発光装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５０】
本願明細書において、ＡｌＧａＩｎＰとは、III 族元素にアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）のうちの少なくとも１つを含み、Ｖ族元素にリン（Ｐ）を含む化合物であって、一般式がＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＰ(但し、ｘ，ｙは、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１である。）で表わされる化合物をいう。また、ＡｌＧａＡｓとは、III 族元素にＡｌ及びＧａのうちの少なくとも１つを含み、Ｖ族元素にヒ素（Ａｓ）を含む化合物であって、一般式が ＡｌzＧａ1-zＡｓ（但し、ｚは、０≦ｚ≦１である。）で表わされる化合物をいう。
【００５１】
図１は本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体（例えばエピタキシャル基板）の断面構成を示している。図１に示すように、第1の実施形態に係る化合物半導体は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）からなる基板１０の上には、例えばＡｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐ からなり膜厚が約０．６μｍの第１の半導体層１１と、ＧａＡｓからなり膜厚が約０．３μｍの第２の半導体層１２とがエピタキシャル成長により順次形成されて構成されている。
【００５２】
第１の半導体層１１及び第２の半導体層１２は、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）法により行ない、各半導体層１１、１２のうち、第１の半導体層１１はｐ型のドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）を１×１０18ｃｍ-3の濃度になるように添加しながら成長されている。
【００５３】
なお、第２の半導体層１２は大気中で酸化されやすいＡｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐ からなる第１の半導体層１１を保護する役割を有している。
【００５４】
以下、第２の半導体層１２におけるＭｇ濃度の測定結果を示し、マグネシウムにおけるメモリ効果が防止されている様子を説明する。
【００５５】
図２は図１に示す化合物半導体中のマグネシウム（Ｍｇ）の濃度プロファイルを２次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）により測定した結果を示している。図２から分かるように、Ｍｇの濃度は第２の半導体層１２において急峻に低下する濃度変化を示し、Ｍｇの添加を終了した後、第２の半導体層１２が０．１μｍだけ成長した後には、Ｍｇ濃度は１×１０16ｃｍ-3にまで低減しており、この場合のＭｇ濃度の変化は２桁に達している。これに対し、図１０に示した従来のＭｇドーピングにおいては、Ｍｇの添加が終了した後で且つ０．１μｍだけ成長した場合のＭｇの濃度変化は高々２分の１程度であり、Ｍｇ濃度の減少量は１桁にも満たない。
【００５６】
以上のことから、リンを含む化合物半導体からなる半導体層にｐ型ドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）を添加することにより、第２の半導体層１２の上に他の半導体層を形成する半導体層形成工程において、Ｍｇのメモリ効果が著しく低減することが分かる。
【００５７】
（第１の実施形態の第１変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る化合物半導体について図３を参照しながら説明する。
【００５８】
図３は本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る化合物半導体の断面構成を示している。図３に示すように、ＧａＡｓからなる基板１０の上には、Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐ からなり膜厚が約０．５μｍの第１の半導体層１１、Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐ からなり膜厚が約０．１μｍの第２の半導体層２２及びＧａＡｓからなり膜厚が約０．３μｍの第３の半導体層２３が順次エピタキシャル成長して形成されている。
【００５９】
図４に第１変形例に係る化合物半導体中のマグネシウム（Ｍｇ）の濃度プロファイルをＳＩＭＳにより測定した結果を示す。図４から分かるように、第３の半導体層２３におけるＭｇの濃度は１×１０15ｃｍ-3〜２×１０15ｃｍ-3であり、第３の半導体層２３のほぼ全体にわたってバックグラウンドに相当する低い値を示している。
【００６０】
Ｍｇの供給を終了した位置（第２の半導体層２２の成長開始時）から０．２μｍの位置におけるＭｇ濃度を第１の実施形態と比較すると、図２に示す第１の実施形態においては、７×１０15ｃｍ-3のＭｇ濃度を示し、これに対し、本変形例においては、図４に示すようにバックグラウンド値である２×１０15ｃｍ-3のＭｇ濃度を示している。
【００６１】
以上のことから、Ｍｇを添加した第１の半導体層１１を成長した後に、リンを含みＭｇを添加しない第２の半導体層２２を成長することにより、第３の半導体層２３においてマグネシウム（Ｍｇ）のメモリ効果がさらに抑制されることが分かる。
【００６２】
なお、本発明の化合物半導体において、第２の半導体層２２にはｐ型ドーパントである亜鉛（Ｚｎ）が添加されていることが好ましい。このようにすると、第２の半導体層２２の導電型もｐ型となるため、第１の半導体層１１と第２の半導体層２２とを共にｐ導電型とすることができる。すなわち、マグネシウム（Ｍｇ）を添加した化合物半導体のメモリ効果を防止するために、第２の半導体層２２の表面側で低減する必要があるＭｇの濃度をＺｎを添加して補償することにより、第１の半導体層１１及び第２の半導体層２２の全体にわたってｐ型の導電型を維持することができる。
【００６３】
この場合に、第１の半導体層１１のドーパントは拡散係数が小さいマグネシウムであり、一方、拡散係数が大きい亜鉛が添加された第２の半導体層２２と基板１０との間には第１の半導体層１１が形成されることになるため、第１の半導体層１１及び第２の半導体層２２のｐ型ドーパントを共に亜鉛とした場合と比べて、ｐ型である各半導体層１１、２２から基板１０への亜鉛の拡散を抑制しながら、ｐ型を有する化合物半導体層を作製することが可能となる。
【００６４】
また、本発明の化合物半導体において、第２の半導体層２２の厚さが、０．１μｍ以上であることが好ましい。このようにすると、図４に示すように、第２の半導体層２２に続いて形成される第３の半導体層２３中のＭｇの濃度を確実に低減することが可能となる。
【００６５】
また、本変形例においては、第２の半導体層２２に亜鉛（Ｚｎ）を添加する場合について説明したが、これに限られず、第２の半導体層２２がｐ型の導電性を示すドーパントであれば良く、例えば炭素（Ｃ）をドーパントとして添加しても同様の効果を得ることができる。
【００６６】
（第１の実施形態の第２変形例）
以下、本発明の第１の実施形態の第２変形例について図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて説明する。
【００６７】
まず、図５（ａ）に示すように、ＧａＡｓからなる基板１０の上に、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなり膜厚が約１μｍの第１の半導体層１１Ａ及びＡｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐ からなり膜厚が約０．２μｍの第２の半導体層２２をＭＯＣＶＤ法により順次形成する。
【００６８】
ここでは、第１の半導体層１１Ａの成長時に、ｐ型ドーパントであるＭｇを１×１０18ｃｍ-3の濃度となるように添加しながら成長させる。
【００６９】
次に、図５（ｂ）に示すように、第２の半導体層２２を例えば塩酸（ＨＣｌ）を主成分とするエッチャントを用いたウェットエッチングにより除去する。
【００７０】
これにより、マグネシウム（Ｍｇ）を添加する際のメモリ効果を抑制しつつ、ＭｇがドープされたＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる化合物半導体、すなわちリンを含まない化合物半導体を得ることができる。
【００７１】
なお、第２変形例においては、第１の半導体層１１Ａの組成をＡｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓとしたが、これに限られない。すなわち、第１の半導体層１１Ａとして、Ｖ族元素に窒素を用いたIII-Ｖ族窒化物半導体であるＡｌＧａＩｎＮを用いた場合であっても、メモリ効果を抑制しつつ、ＭｇがドープされたＡｌＧａＩｎＮからなる化合物半導体を得ることができる。
【００７２】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７３】
図６は本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の断面構成を示している。図６に示すように、例えば、厚さが約１００μｍのヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）からなるｎ型基板３０の上には、厚さが約２μｍのｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐ からなるｎ型クラッド層３１、アンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる多重量子井戸構造を有する活性層３２、厚さが約０．２μｍのｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐ からなる第１のｐ型クラッド層３３及び厚さが約１０ｎｍのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるエッチングストップ層３４が順次結晶成長されて形成されている。
【００７４】
エッチングストップ層３４の上面の中央部には、厚さが約１μｍのｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐ からなり、第２のｐ型クラッド層３５がリッジ状に形成されており、該リッジ状の第２のｐ型クラッド層３５の上には、厚さが約５０ｎｍのｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる第１のコンタクト層３６が形成されている。
【００７５】
エッチングストップ層３４の上面と、第２のｐ型クラッド層３５及び第１のコンタクト層３６の側面には、厚さが約０．３μｍのｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる第１の電流ブロック層３７及び厚さが約０．３μｍのｎ型ＧａＡｓからなる第２の電流ブロック層３８が順次積層されて形成されている。
【００７６】
第１のコンタクト層３６及び第２の電流ブロック層３８の上には厚さが約３μｍのｐ型ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層３９が形成されている。
【００７７】
ｎ型基板３０におけるｎ型クラッド層３１の反対側の面上には、例えば金（Ａｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びニッケル（Ｎｉ）を含む合金からなり、ｎ型基板２０とオーミック接触する金属材料からなるｎ側電極４０が形成されている。また、第２のコンタクト層３９の上には、クロム（Ｃｒ）、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）を含む合金からなり、第２のコンタクト層３９とオーミック接触する金属材料からなるｐ側電極４１が形成されている。
【００７８】
活性層３２は、一例として、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐからなり厚さが約６ｎｍの井戸層と、Ａｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ からなり厚さが約５ｎｍの障壁層とが交互に積層された多重量子井戸層と、該多重量子井戸層を上下から挟み、厚さが約３０ｎｍのＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ からなる光ガイド層とによって構成されている。
【００７９】
ｎ型クラッド層３１、第１のｐ型クラッド層３３及び第２のｐ型クラッド層３５は、活性層３２を構成する各半導体層と比べてバンドギャップ（エネルギーギャップ）が大きい半導体材料により構成されているため、活性層３２にはキャリアが閉じ込められる。知られているように、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料においては、Ａｌの組成を相対的に大きくすることによりバンドギャップを大きくすることができる。なお、第１のｐ型クラッド層３３及び第２のｐ型クラッド層３５には組成が同一の化合物半導体を用いているが、活性層３２を構成する各半導体層と比べてバンドギャップが大きくなるように、それぞれのＡｌとＧａとの組成比を調整してもよい。
【００８０】
第２の実施形態に係る半導体レーザ装置は、第２のｐ型クラッド層３５がリッジ状に形成されることにより、ｎ型クラッド層３１、活性層３２、第１のｐ型クラッド層３３及びエッチングストップ層３４における第２のｐ型クラッド層３５の下側部分と該第２のｐ型クラッド層３５とが導波路となる、いわゆるリッジストライプ型導波路構造を有している。
【００８１】
また、第１の電流ブロック層３７の半導体材料にＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐを用いると、実屈折率型の導波路が形成される。
【００８２】
エッチングストップ層３４は、第２のｐ型クラッド層３５をリッジ状に形成する際に第１のｐ型クラッド層３３がエッチングされないように、第２のｐ型クラッド層３５とのエッチング選択比が大きい、すなわちＡｌの組成が小さい半導体材料により構成されており、ここでは、Ａｌの組成が０であるｐ型のＧａ0.5Ｉｎ0.5Ｐを用いている。
【００８３】
第２のコンタクト層３９は金属材料とのオーミック接触が容易となるようにＧａＡｓを用いている。また、第１のコンタクト層３６は第２のｐ型クラッド層３５と第２のコンタクト層３９との間のバンド不連続を緩和するようにその組成が調整されている。
【００８４】
［表１］に第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の各半導体層における具体的なドーパント種及びドーピング濃度を示す。
【００８５】
【表１】
2005136398.tif 000003
［表１］に示すように、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置においては、ｐ型半導体層のドーパントして、第１のｐ型クラッド層３３、エッチングストップ層３４及び第２のｐ型クラッド層３５には成長時にマグネシウム（Ｍｇ）が添加され、また、第１のコンタクト層３６及び第２のコンタクト層３９には成長時に亜鉛（Ｚｎ）が添加されている。ここで、第１のｐ型クラッド層３３及び第２のｐ型クラッド層３５のドーピング濃度はいずれも約１×１０18ｃｍ-3である。一方、ｎ型のドーパントには濃度が約１×１０18ｃｍ-3のシリコン（Ｓｉ）を用いている。
【００８６】
ところで、第２のコンタクト層３９のｐ型のドーパントには亜鉛（Ｚｎ）を用いている。これは、Ｖ族元素にリン（Ｐ）を含まないＡｌＧａＡｓ系の半導体のｐ型ドーパントとしてマグネシウム（Ｍｇ）を用いると、Ｍｇ原料を供給し始めてもＡｌＧａＡｓ系半導体にＭｇが添加されない、いわゆるドーピング遅れが生じてしまい、所定のドーピング濃度を得られないためである。なお、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体に対してはｐ型ドーパントにＭｇを用いてもドーピング遅れが生じることはなく、所望のドーピング濃度を得ることができる。これらは本願発明者らの知見に基づく。
【００８７】
第２の実施形態に係る半導体レーザ装置は、ｎ側電極４０とｐ側電極４１との間に所定の電圧を印加することにより、ｐ側電極４１から注入された正孔がｎ型の第１の電流ブロック層３７及びｎ型の第２の電流ブロック層３８と第２のｐ型クラッド層３５とのｐｎ接合により狭窄され、エッチングストップ層３４及び第１のｐ型クラッド層３３を経て活性層３２に達する。これにより、活性層３２における第２のｐ型クラッド層３５の下側部分で高密度に正孔が注入され、注入された正孔とｎ側電極４０から注入された電子との間で発光性の再結合が生じて、井戸層のバンドギャップと対応する波長が約６５０ｎｍのレーザ光を発振する。
【００８８】
第２の実施形態の特徴は、Ｍｇを添加しながら行なう第１のｐ型クラッド層３３、エッチングストップ層３４及び第２のｐ型クラッド層３５の成長に続いて、Ｍｇを添加することなく、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる第１のコンタクト層３６の成長を行なうことにある。
【００８９】
すなわち、図４を用いて説明したように、ＧａＩｎＰからなる第１のコンタクト層３６におけるＭｇの濃度を急激に低減することができるため、第１のコンタクト層３６の後にに形成される第１の電流ブロック層３７等の半導体層へのＭｇの意図しない取り込まれを抑制することが可能となる。
【００９０】
また、ここでは、第１のコンタクト層３６のｐ型ドーパントとして、マグネシウム（Ｍｇ）の代わりに亜鉛（Ｚｎ）を用いている。ＺｎはＭｇと比べて拡散係数が大きい元素であり、半導体レーザ装置を作製する際の熱工程等において、Ｚｎが拡散して活性層中に侵入すると発光効率や信頼性の低下を引き起こす。しかしながら、本実施形態においては、活性層３２と第１のコンタクト層３６との間には、合計の厚さが１μｍ以上となる第１のｐ型クラッド層３３、エッチングストップ層３４及び第２のｐ型クラッド層３５が存在するため、ドーパントであるＺｎが活性層３２にまで達することはない。
【００９１】
また、第２のコンタクト層３９の下方におけるリッジ形状を持つ第２のｐ型クラッド層３５を除く領域においては、ｎ型の第１の電流ブロック層３７及び第２の電流ブロック層３８が設けられている。ｎ型の半導体層はＺｎに対する拡散停止効果が大きいことが知られており、従って、これらのｎ型半導体層３７、３８においてはＺｎが確実に停止するため、活性層３２にまでＺｎが達することはない。
【００９２】
以上説明したように、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置によると、Ｖ族元素にリン（Ｐ）を含むIII-Ｖ族化合物半導体層の結晶成長時に、ｎ型半導体層（第１の電流ブロック層３７）の直前に成長するｐ型半導体層（第１のコンタクト層３６）には、ドーパントしてマグネシウム（Ｍｇ）を用いないないようにしている。これにより、ｎ型半導体層に生じるメモリ効果が防止されるため、制御性に優れたｐ型ドーピングを行なうことができる。
【００９３】
また、拡散係数が小さいＭｇをｐ型ドーパントとして用いることができるため、活性層３２へのドーパントの侵入が抑制されるので、信頼性が高い半導体発光装置を実現できる。
【００９４】
以下、前記のように構成された第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００９５】
図７（ａ）〜図７（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００９６】
まず、図７（ａ）に示すように、ＧａＡｓからなるｎ型基板３０の上に、例えば有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により、ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐ からなるｎ型クラッド層３１、多重量子井戸構造を有する活性層３２、ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐ からなる第１のｐ型クラッド層３３、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐからなるエッチングストップ層３４、ｐ型Ａｌ0.35Ｇａ0.15Ｉｎ0.5Ｐ からなる第２のｐ型クラッド層形成層３５Ａ、ｐ型Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる第１のコンタクト層形成層３６Ａ及びＧａＡｓからなるキャップ層４２を順次成長する。ここで、キャップ層４２は、次のフォトリソグラフィ工程に移行するまでの間に第１のコンタクト層形成層３６Ａの表面が酸化されることを防止するために設けている。
【００９７】
図７（ａ）は活性層３２の詳細構成を示しており、符号３２ａは、Ｇａ0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる井戸層と、Ａｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ からなる障壁層とを交互に積層した多重量子井戸層３２ａであり、符号３２ｂは、多重量子井戸層３２ａを上下から挟むＡｌ0.25Ｇａ0.25Ｉｎ0.5Ｐ からなる光ガイド層３２ｂである。
【００９８】
各半導体層を形成するＭＯＣＶＤ法による成長条件は、III 族化合物の原料ガスとして、例えば、ガリウム源にトリエチルガリウム（ＴＥＧ）を用い、アルミニウム源にトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用い、インジウム源にトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いる。また、Ｖ族化合物の原料ガスとしてホスフィン（ＰＨ3 ）及びアルシン（ＡｓＨ3 ）を用いる。これらIII 族化合物及びＶ族化合物を含む原料ガスを、水素をキャリアガスとして石英からなる反応管に導入する。反応管内の圧力は約１．０×１０4 Ｐａ（約７６Ｔｏｒｒ）とし、基板の温度を約７５０℃として、供給する原料ガスの種類と供給量とを適宜切り替えることにより、上記の各半導体層を順次結晶成長する。
【００９９】
各半導体層の結晶成長中のｐ型ドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）の原料ガスには、例えばビスシクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5Ｈ5)2Ｍｇ）を用い、亜鉛（Ｚｎ）の原料ガスには、例えばジメチル亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ3）2）を用いる。
【０１００】
次に、図７（ｂ）に示すように、硫酸と過酸化水素水との混合溶液を用いたウェットエッチングにより、キャップ層４２をエッチング除去して、第１のコンタクト層形成層３６Ａを露出した後、ＣＶＤ法により第１のコンタクト層形成層３６Ａの上にマスクパターン形成用のシリコン酸化膜を形成し、形成したシリコン酸化膜をフォトリソグラフィ法及びドライエッチング法によりパターニングしてストライプ状のマスクパターン４３を形成する。
【０１０１】
次に、図７（ｃ）に示すように、マスクパターン４３を用いたエッチングにより、第１のコンタクト層形成層３６Ａ及び第２のｐ型クラッド層形成層３５Ａを順次選択的に除去する。これにより、第２のｐ型クラッド層形成層３５Ａからリッジ状の第２のｐ型クラッド層３５を形成し、第１のコンタクト層形成層３６Ａから第２のｐ型クラッド層３５の上面を覆う第１のコンタクト層３６を得る。ここで、第１のコンタクト層３６のエッチングには、例えば塩酸を主成分とするエッチャントを用いればよい。また、第２のｐ型クラッド層３５に対する選択的エッチングには、ＧａＩｎＰに対するＡｌＧａＩｎＰのエッチング選択比が大きいエッチャントとして、例えば硫酸を主成分とするエッチャントを用いるとよい。これにより、下地層であるエッチングストップ層３４はほとんどエッチングされることがないため、第２のｐ型クラッド層３５を確実にリッジ形状とすることができる。
【０１０２】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、マスクパターン４３を残した状態で、エッチングストップ層２４の上に、第２のｐ型クラッド層３５及び第１のコンタクト層３６の側面を含むように、ｎ型Ａｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる第１の電流ブロック層３７及びｎ型ＧａＡｓからなる第２の電流ブロック層３８を順次結晶成長する。その後、マスクパターン４３に対するリフトオフ法により、第１の電流ブロック層３７及び第２の電流ブロック層３８におけるマスクパターン４３の上側部分をマスクパターン４３と同時に除去して第１のコンタクト層３６を露出すると、図７（ｄ）に示す状態を得る。
【０１０３】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、第１のコンタクト層３６及び第２の電流ブロック層３８の上に、ｐ型ＧａＡｓからなる第２のコンタクト層３９を成長する。その後、例えば電子線蒸着法により、ｎ型基板３０のｎ型クラッド層３３の反対側の面上に、Ａｕ、Ｇｅ及びＮｉを含む合金からなる金属材料を蒸着してｎ側電極４０を形成する。同様に電子線蒸着法により、第２のコンタクト層２９の上には、例えばＣｒ、Ｐｔ及びＡｕを含む合金からなる金属材料を蒸着してｐ側電極４１を形成する。これにより、図６に示す半導体レーザ装置が完成する。
【０１０４】
このように、第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法の特徴は、第１のｐ型クラッド層３３、ｐ型のエッチングストップ層３４及び第２のｐ型クラッド層３５を結晶成長する際にはマグネシウム（Ｍｇ）を添加しながら行ない、該第２のｐ型クラッド層３５に続く第１のコンタクト層３６に対しては、マグネシウム（Ｍｇ）を添加せずに結晶成長を行なっている点である。
【０１０５】
（第２の実施形態の一変形例）
以下、本発明の第２の実施形態の一変形例に係る半導体レーザ装置について説明する。
【０１０６】
本変形例に係る半導体レーザ装置の図６に示す第２の実施形態の半導体レーザ装置との相違点は、第２のｐ型クラッド層３５に添加するｐ型のドーパントをマグネシウム（Ｍｇ）に代えて亜鉛（Ｚｎ）としている点である。
【０１０７】
すなわち、本変形例においては、第２のｐ型クラッド層３５及び第１のコンタクト層３６にはＭｇを添加しない構成としている。この場合、第２のｐ型クラッド層３５及び第１のコンタクト層３６を合わせた厚さが１μｍ以上であることから、ｎ型の第１の電流ブロック層３７から後の各半導体層の成長時におけるＭｇのメモリ効果を確実に防止することができる。
【０１０８】
また、本変形例においては、第２のｐ型クラッド層３５、第１のコンタクト層３６及び第２のコンタクト層３９には導電型をｐ型とするために亜鉛（Ｚｎ）を添加している。ここで、第２のｐ型クラッド層３５から活性層３２までの距離は約０．２μｍと、第２の実施形態の場合と比べて小さいものの、この距離は０．１μｍ程度であれば良く、Ｚｎの拡散を防止するには十分な厚さである。さらに、第２のｐ型クラッド層３５の下側に位置するエッチングストップ層３４はより効果的にＺｎの拡散を防止する。このＺｎの拡散防止効果は、第２のｐ型クラッド層３５及び第１のｐ型クラッド層３３の組成がＡｌＧａＩｎＰであり、エッチングストップ層３４の組成がＧａＩｎＰであり、両者の組成の差異によって生じる。
【０１０９】
また、本変形例においては、第２のｐ型クラッド層３５及び第１のコンタクト層３６に対してＭｇを添加しない構成としたが、これに限られず、第１のｐ型クラッド層３３、エッチングストップ層３４、第２のｐ型クラッド層３５及び第１のコンタクト層３６からなるｐ型領域のうち、活性層３２側の任意のｐ型領域にＭｇを添加し、残りのｐ型領域にはＭｇを添加しない構成としてもよい。
【０１１０】
また、第２の実施形態及びその変形例においては、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる各半導体層３１〜３７において、ｎ型基板３０と格子整合するためにインジウム（Ｉｎ）の組成を０．５としているが、Ｉｎの組成が０．４５以上且つ０．５５以下の範囲であればよい。このようにすると、ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰ又はＡｌＩｎＰからなる各半導体層３１〜３７を、ｎ型基板３０を構成するヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）に対して格子整合するように形成することができる。
【０１１１】
また、第１の電流ブロック層３７の半導体材料にはＡｌ0.5Ｉｎ0.5Ｐを用いたが、ＡｌＩｎＰに代えてＧａＡｓを用いると、複素屈折率型の導波構造を持つ半導体レーザ装置を得ることができる。
【０１１２】
また、活性層３２は、多重量子井戸層３２ａに限られず、ＧａＩｎＰからなる１つの井戸層からなる単一量子井戸構造又は単一のバルク構造であってもよい。
【０１１３】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【０１１４】
図８は本発明の第３の実施形態に係る半導体装置であって、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ:Heterojunction Bipolar Transistor）の断面構成を示している。図８に示すように、例えば、アンドープのＧａＡｓからなる基板５０の上には、ｎ型ＧａＡｓからなるコレクタコンタクト層５１、ｎ型ＧａＩｎＰからなるコレクタ層５２、ｐ型ＧａＩｎＰからなるベース層５３、ｎ型ＡｌＧａＡｓからなるエミッタ層５４、ｎ型ＧａＡｓからなるエミッタコンタクト層５５が順次積層されて形成されている。
【０１１５】
コレクタコンタクト層５１及びベース層５３はそれぞれの上面の一部が露出するように、コレクタ層５２及びベース層５３と、エミッタ層５４及びエミッタコンタクト層５５とは断面が階段状に形成されている。
【０１１６】
コレクタコンタクト層５１の露出面上には、金（Ａｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びニッケル（Ｎｉ）からなるコレクタ電極５６が形成され、ベース層５３の露出面上には、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）及び金（Ａｕ）からなるベース電極５７が形成され、エミッタコンタクト層５５の上には、金（Ａｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びニッケル（Ｎｉ）からなるエミッタ電極５８が形成されている。
【０１１７】
ここで、コレクタコンタクト層５１、コレクタ層５２、エミッタ層５４及びエミッタコンタクト層５５にはｎ型ドーパントとしてシリコン（Ｓｉ）が添加されており、ベース層５３にはｐ型ドーパントとしてマグネシウム（Ｍｇ）が添加されている。
【０１１８】
［表２］に各半導体層における具体的な厚さ、組成、ドーパント種及びドーピング濃度を示す。
【０１１９】
【表２】
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［表２］に示すように、ｐ型ドーパントであるＭｇはベース層５３にのみ添加されており、該ベース層５３はリン（Ｐ）を含むIII-Ｖ族化合物半導体からなることから、Ｍｇのメモリ効果を防止することができる。すなわち、エミッタ層５４におけるＭｇの濃度が十分に低減されるため、該エミッタ層５４のｎ型キャリア（電子）の濃度を制御性良く調整することが可能となるので、ＨＢＴの電流特性を向上することができる。
【０１２０】
なお、第３の実施形態においては、半導体装置としてＨＢＴを説明したが、ＨＢＴには限られない。すなわち、ドーパントとしてマグネシウムが添加され且つ組成にリンを含む第１の化合物半導体層と、該第１の化合物半導体層の上に形成され、ドーパントとしてマグネシウムが添加されていない第２の化合物半導体層とを有する構成を採るか、又はドーパントとしてマグネシウムが添加された第１の化合物半導体層と、該第１の化合物半導体層の上に形成され、組成にリンを含む第２の化合物半導体層とを含む構成を採る半導体装置であればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明に係る化合物半導体及び半導体装置並びにこれらの製造方法によると、マグネシウム（Ｍｇ）をｐ型のドーパントに用いる際のメモリ効果が防止されるという効果を有し、特に、ＡｌＧａＩｎＰ系の半導体材料を用いて構成されるｐ導電型を持つ化合物半導体及びそれを用いた半導体レーザ装置を始めとする半導体装置並びにその製造方法等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体を示す構成断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体におけるＭｇの濃度プロファイルを示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る化合物半導体を示す構成断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る化合物半導体におけるＭｇの濃度プロファイルを示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る化合物半導体の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体レーザ装置の製造方法を示す工程順の構成断面である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置（ＨＢＴ）を示す構成断面図である。
【図９】従来の半導体レーザ装置を示す構成断面図である。
【図１０】従来の化合物半導体におけるＭｇの濃度プロファイルを示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２３】
１０    基板
１１    第１の半導体層
１１Ａ  第１の半導体層
１２    第２の半導体層
２２    第２の半導体層
２３    第３の半導体層
３０    ｎ型基板
３１    ｎ型クラッド層
３２    活性層
３２ａ  多重量子井戸層
３２ｂ  光ガイド層
３３    第１のｐ型クラッド層
３４    エッチングストップ層
３５    第２のｐ型クラッド層
３５Ａ  第２のｐ型クラッド層形成層
３６    第１のコンタクト層
３６Ａ  第１のコンタクト層形成層
３７    第１の電流ブロック層
３８    第２の電流ブロック層
３９    第２のコンタクト層
４０    ｎ側電極
４１    ｐ側電極
４２    キャップ層
４３    マスクパターン
５０    基板
５１    コレクタコンタクト層
５２    コレクタ層
５３    ベース層
５４    エミッタ層
５５    エミッタコンタクト層
５６    コレクタ電極
５７    ベース電極
５８    エミッタ電極
【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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【図１０】
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