(57)【要約】【課題】残留亜鉛等のｐ型ドーパント除去エピタキシャル層を成長させなくても、ｐ型化合物半導体層の成長で使用したｐ型ドーパント原料の影響を受けることなく、エピタキシャル成長ができる。【解決手段】基板１上に複数層の化合物半導体層６を、ｐ型ドーピング原料が供給されない第１の反応炉Ａを用いて積層成長し、前記積層された化合物半導体層６上に亜鉛などのｐ型ドーパントが添加されたｐ型化合物半導体層５を、第２の反応炉Ｂを用いて成長する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数層の化合物半導体層を、ｐ型ドーピング原料が供給されない第１の反応炉を用いて積層成長し、
前記積層された化合物半導体層上にｐ型ドーパントが添加されたｐ型化合物半導体層を、第２の反応炉を用いて成長することを特徴とする化合物半導体のエピタキシャル成長方法。
【請求項２】
前記ｐ型化合物半導体層のｐ型ドーパントが、亜鉛もしくはマグネシウムであることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体のエピタキシャル成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体のエピタキシャル成長方法、特に、複数層の化合物半導体層上にｐ型化合物半導体層を有する構造の化合物半導体を成長する化合物半導体のエピタキシャル成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体のエピタキシャル成長には、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）が多用されており、発光デバイスや電子デバイスなどが広く作製されている。例えば、ＣＤやＤＶＤ等の光ディスク用光源としては、ＧａＡｓ基板上に作製された半導体レーザーが用いられている。
【０００３】
レーザーなどの発光素子は、基板上にｎ型クラッド層と、単層あるいは多層の量子井戸からなる活性層と、ｐ型クラッド層とを有するダブルヘテロ接合構造の発光部を備え、この発光部上方に最上層としてｐ型コンタクト層が形成されている。最上層のｐ型コンタクト層は、キャリア濃度を高くするため、ｐ型ドーパントには、亜鉛（Ｚｎ）（或いはマグネシウム（Ｍｇ））が用いられている。
【０００４】
このように、最上層にＺｎをドーピングした積層構造のエピタキシャル基板を同一のエピタキシャル成長装置（反応炉）で繰り返し成長を行うと、２回目以降のエピタキシャル基板のｎ型クラッド層に微量のＺｎがドーピングされてしまう。これは、１つ前（前回）のエピタキシャル基板の成長中、最上層のｐ型コンタクト層にドーピングした際のＺｎが反応炉内に残り、そのまま反応炉が冷却されて残留し、次回のエピタキシャル成長時に反応炉内が加熱されて、残留したＺｎが再び活性化し、エピタキシャル層（ｎ型クラッド層）中に取り込まれてしまう現象である。
【０００５】
ｎ型クラッド層にＺｎがドーピングされると、レーザ素子にデバイス加工した場合に、デバイス特性の一つであるレーザ素子の動作電流値が大きくなってしまう。動作電流値とは、レーザ素子から所定のパワーのレーザー光を発振させるために必要な電流値であり、この動作電流値が大きくなると、発熱により、デバイス本体の信頼性を悪化させてしまう。
【０００６】
そこで、従来にあっては、残留したＺｎを取り除くために、所定の積層構造のエピタキシャル基板の作製を連続で実施するのではなく、所定の積層構造のエピタキシャル成長工程の間に、ダミー基板上に残留亜鉛除去エピタキシャル層と称するアンドープＧａＡｓエピタキシャル層の成長という除去処理工程を挟んで、エピタキシャル成長を繰り返し行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−３１４１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術では、ｎ型クラッド層にＺｎが含まれるのを防ぐために、製品に寄与しない無駄な残留亜鉛除去エピタキシャル層を成長させるという除去処理を、エピタキシャル成長工程の度に、毎回余分に実施しなければならないという問題があった。
【０００８】
本発明は、残留亜鉛等のｐ型ドーパント除去エピタキシャル層を成長させなくても、ｐ型化合物半導体層の成長で使用したｐ型ドーパント原料の影響を受けることなく、エピタキシャル成長ができる化合物半導体エピタキシャル成長方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するために、第１の発明は、基板上に複数層の化合物半導体層を、ｐ型ドーピング原料が供給されない第１の反応炉を用いて積層成長し、前記積層された化合物半導体層上にｐ型ドーパントが添加されたｐ型化合物半導体層を、第２の反応炉を用いて成長することを特徴とする化合物半導体のエピタキシャル成長方法である。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記ｐ型化合物半導体層のｐ型ドーパントが、亜鉛もしくはマグネシウムであることを特徴とする化合物半導体のエピタキシャル成長方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、ｐ型化合物半導体層を除く化合物半導体層をｐ型ドーピング原料が供給されない第１の反応炉を用いて成長させると共に、ｐ型化合物半導体層を第２の反応炉を用いて成長させているので、ｐ型化合物半導体層を除く化合物半導体層に、ｐ型ドーパントがドーピングされることがない。従って、本発明によれば、高品質の化合物半導体エピタキシャル基板が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態により作製されるＡｌＧａＡｓ系レーザダイオード用のエピタキシャル基板（ウェハ）の断面図である。
【００１３】
図１に示すエピタキシャル基板は、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）によって、Ｓｉドープのｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、アンドープのＡｌＧａＡｓ量子井戸構造の活性層３（アンドープの第１のＡｌＧａＡｓ層３ａ、アンドープの第２のＡｌＧａＡｓ層３ｂ、及びアンドープの第３のＡｌＧａＡｓ層３ｃからなる）、アンドープのＡｌＧａＡｓクラッド層４、Ｚｎドープのｐ型ＧａＡｓコンタクト層５を、順次エピタキシャル成長させた構造となっている。即ち、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２、活性層３、アンドープのＡｌＧａＡｓクラッド層４によりダブルヘテロ接合構造の発光部６が形成され、その上に最上層のｐ型層としてＺｎドープのｐ型ＧａＡｓコンタクト層５を設けたエピタキシャル積層構造となっている。
【００１４】
図２に、上記積層構造のエピタキシャル基板の作製に用いられたＭＯＶＰＥ法による気相成長装置を示す。
この気相成長装置１０は、ｐ型ドーパント原料を含まない原料ガスが供給される反応炉Ａ（第１の反応炉）と、ｐ型ドーパント原料を含む原料ガスが供給される反応炉Ｂ（第２の反応炉）との２つの反応炉を備えている。反応炉Ａには、第１の供給系１１より、III族・Ｖ族原料ガス、必要に応じてｎ型ドーピング原料、及びキャリアガスからなる混合ガスが供給される。一方、反応炉Ｂには、第２の供給系１２より、III族・Ｖ族原料ガス、ｐ型ドーピング原料、及びキャリアガスからなる混合ガスが供給される。また、反応炉Ａ、反応炉Ｂには、エピタキシャル成長に使用されなかった原料ガスを排気する第１の排気系１３、第２の排気系１４がそれぞれ接続されている。この気相成長装置１０では、第１の排気系１３に、第２の排気系１４が合流接続されている。
【００１５】
上記ｎ型ＧａＡｓ基板１上のエピタキシャル積層構造のうち、発光部６をエピタキシャル成長するときには、反応炉Ａを使用し、その上のｐ型コンタクト層５をエピタキシャル成長するときには、反応炉Ｂを使用する。
【００１６】
まず、ｎ型ＧａＡｓ基板１上に発光部６の化合物半導体層をエピタキシャル成長させるときは、一定の減圧状態に保たれ且つ加熱状態にある反応炉Ａ内にｎ型ＧａＡｓ基板１をセットし、この反応炉Ａ内に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの有機金属の蒸気（III族ガス）と、アルシン（ＡｓＨ３）ガスなど（Ｖ族ガス）と、必要に応じてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）などのｎ型ドーピング原料をキャリアガスと共に送り込み、これらの原料ガスをｎ型ＧａＡｓ基板１上で熱分解及び化学反応させる。
【００１７】
次に、最上層のｐ型ＧａＡｓコンタクト層５をエピタキシャル成長させるときは、上記反応炉Ａにより発光部６が形成されたｎ型ＧａＡｓ基板１を、一定の減圧状態に保たれ且つ加熱状態にある反応炉Ｂ内にセットし、この反応炉Ｂ内に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）やトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの有機金属の蒸気（III族ガス）と、アルシン（ＡｓＨ３）ガス（Ｖ族ガス）と、ｐ型のドーパントであるＺｎの原料としてジエチルジンク（ＤＥＺ）をキャリアガスと共に送り込み、これらの原料ガスを基板１上で熱分解及び化学反応させる。
【００１８】
上述したように、ｐ型化合物半導体層を含まない発光部６の成長には、反応炉や供給系にＺｎが残らないように、Ｚｎ原料ガスが供給されない反応炉Ａで成長させ、一方、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層５の成長には、反応炉や供給系にＺｎが残留しても問題ない反応炉Ｂで成長させる。このように、異なる２つの反応炉Ａ，Ｂを用いてエピタキシャル成長処理を繰り返す成長方法では、従来の残留Ｚｎ除去エピタキシャル層のような無駄なエピタキシャル層を成長させることなく、ｎ型クラッド層２にＺｎが取り込まれるのを防止できる。
【００１９】
上記実施形態では、レーザ素子用のエピタキシャル基板に適用した場合を説明したが、本発明は、例えば、発光ダイオードなどの発光素子にも勿論適用でき、更には、ｐ型ドーパントが添加されるｐ型化合物半導体層と、それより下層のｐ型化合物半導体層が含まれない化合物半導体層とのエピタキシャル積層構造を有する素子用エピタキシャル基板の製造に広く用いることができる。また、上記実施形態では、ｐ型ドーパントとして亜鉛（Ｚｎ）を使用したが、マグネシウム（Ｍｇ）を使用したｐ型化合物半導体層の成長にも適用できる。
【実施例】
【００２０】
以下に本発明の実施例を説明する。
上記実施形態と同様に、図１の積層構造のエピタキシャル基板を、図２の気相成長装置を用いて製造した。即ち、本実施例では、図１に示す発光部６とｐ型ＧａＡｓコンタクト層５とを有するエピタキシャル積層構造を、反応炉Ａと反応炉Ｂを用いてエピタキシャル成長した。製造したＡｌＧａＡｓ系レーザダイオード用の化合物半導体エピタキシャル基板は、次の通りである。
【００２１】
ｎ型ＧａＡｓ基板１は、キャリア濃度が１×１０１７／ｃｍ３であり、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２は、組成比（Ｇａ：Ａｌ＝４：６）、キャリア濃度２×１０１７／ｃｍ３、厚さ８００ｎｍである。活性層３は、アンドープの第１のＡｌＧａＡｓ層３ａ（組成比（Ｇａ：Ａｌ＝６：４）、厚さ２０ｎｍ）、アンドープの第２のＡｌＧａＡｓ層３ｂ（組成比（Ｇａ：Ａｌ＝８：２）、厚さ１０ｎｍ）、アンドープの第３のＡｌＧａＡｓ層３ｃ（組成比（Ｇａ：Ａｌ＝６：４）、厚さ２０ｎｍ）からなる。アンドープのＡｌＧａＡｓクラッド層４は、組成比（Ｇａ：Ａｌ＝４：６）、厚さ１０００ｎｍである。Ｚｎドープのｐ型ＧａＡｓコンタクト層５は、キャリア濃度３×１０１９／ｃｍ３、厚さ３００ｎｍである。
【００２２】
表１に、エピタキシャル成長の回数と、各回のエピタキシャル基板のｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２中に含まれるＺｎ濃度との関係を調べた結果を示す。また、表１には本実施例の他に、比較のための比較例の結果も示す。
【００２３】
比較例１では、実施例と同じ図１のエピタキシャル積層構造を、同一の反応炉で、残留亜鉛除去処理をせずに、そのまま連続して成長を行った。また、比較例２では、図４の成長フローに示すように、実施例と同じ図１のエピタキシャル積層構造を成長した後（図４のステップ２１）、同じ反応炉で、残留亜鉛除去エピタキシャル層としてアンドープＧａＡｓ層９をダミーのｎ型ＧａＡｓ基板８上にエピタキシャル成長するという残留亜鉛除去処理（図４のステップ２２）を交互に繰り返した。エピタキシャル成長は、本実施例、比較例１及び比較例２のいずれの場合も、５回繰り返した。
【表１】
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【００２４】
表１に示すように、比較例に比べ、本実施例の成長方法では、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層２の亜鉛（Ｚｎ）濃度は、無視できる程度に減少している。
【００２５】
また、上記により得られた化合物半導体エピタキシャル基板から切り出されるチップのｎ型ＧａＡｓ基板１側にｎ型電極を、またｐ型ＧａＡｓコンタクト層５上にｐ型電極を設けてレーザ素子を作成し、双方の電極に電圧を印加して動作電流値を測定した。測定結果を表２に示す。
【表２】
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【００２６】
表２に示すように、本実施例では、成長を繰り返しても、デバイス加工後のレーザ素子の動作電流値が上昇することもなく、また、動作電流値の変動も少なく、安定した特性のレーザ素子が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態及び実施例により作製されるレーザ素子用エピタキシャル基板の積層構造を示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態及び実施例で使用された化合物半導体のエピタキシャル成長装置の概略を示した構成図である。
【図３】比較例２の成長方法の残留亜鉛除去ステップで作製される、残留亜鉛除去エピタキシャル基板の構造を示した断面図である。
【図４】比較例２の成長方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  ｎ型ＧａＡｓ基板
２  ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
３  活性層
４  アンドープのＡｌＧａＡｓクラッド層
５  ｐ型ＧａＡｓコンタクト層
６  発光部
１０  気相成長装置
１１  第１の供給系
１２  第２の供給系
１３  第１の排気系
１４  第２の排気系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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