(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体マスクを施した半導体基板上に、有機金属気相成長法により、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ中の少なくとも１つ以上の元素とＡｓ、Ｐ中の少なくとも１つ以上の元素を含むIII-Ｖ族半導体材料から構成される集積レーザ構造を選択的に積層する場合に、ｐ型クラッド層の成長時にｐ型ドーパントであるジメチル亜鉛（（ＣＨ3 ）2 Ｚｎ）或いはジエチル亜鉛（（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｚｎ）の他にｎ型ドーパントとしてモノシラン（ＳｉＨ4 ）を添加することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
誘電体マスクを施した半導体基板上に、有機金属気相成長法により、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ中の少なくとも１つ以上の元素とＡｓ、Ｐ中の少なくとも１つ以上の元素から構成されるIII-Ｖ族半導体材料にモノシラン（ＳｉＨ4 ）を用いてｎ型ドーピングする場合に、成長速度がマスクレス基板の場合のＡ倍になる領域の電子密度をＢに制御するために、マスクレス基板で電子密度Ｂを得るのに要するドーパント供給量ＣのＡ倍のドーパント量を供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法による選択成長を利用した半導体装置の製造方法に関する。
誘電体マスクをパターニングした半導体基板上にＭＯＣＶＤ法により半導体結晶層を成長させると、成長面内に膜厚分布や組成分布を形成することができることは知られている。
【０００２】
この現象を利用して量子井戸構造を形成すると、成長面内でバンドギャップの制御を行うことができるため、ＭＯＣＶＤ選択成長法は、テーパ導波路や変調器集積レーザ等の集積レーザをモノリシックに製造するための技術として有望視されている。
このように、ＭＯＣＶＤ選択成長法を用いたこれら集積レーザの製造工程においては、キャリア密度を制御する技術が重要になる。
【０００３】
【従来の技術】
図７は、従来の集積レーザを形成するためのマスクパターンと得られる集積レーザ構造の膜厚分布の説明図である。
この図において、１１はｎ型ＩｎＰ基板、１２はｎ型ＩｎＰクラッド層、１３はｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層、１４はノンドープＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ活性層、１５はノンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層、１６はｐ型ＩｎＰクラッド層、Ｍ1 ，Ｍ2 は誘電体マスク、Ｓはストライプ部である。
【０００４】
従来から、集積レーザ構造を形成するために、ｎ型ＩｎＰ基板１１の上に、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 を狭いストライプ部Ｓを挟んで対向して形成し、その上にＭＯＣＶＤ選択成長法によってｎ型ＩｎＰクラッド層１２、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層１３、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ活性層１４、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層１５、ｐ型ＩｎＰクラッド層１６を積層する方法が知られている。
【０００５】
この方法によると、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 に挟まれた中央部分に一定で厚い膜厚の成長層が形成され、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 の中央部から離れるにしたがって成長膜厚が薄くなり、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 から充分に離れた領域では一定で薄い膜厚の成長層が得られるため、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 に挟まれたストライプ部Ｓの成長膜厚が一定になる領域をレーザ領域に用い、成長膜厚が変化する領域をテーパ導波路領域もしくは光変調器領域に用いることができる。
【０００６】
そして、従来、これらの成長においてはｎ型ドーパントとしてモノシラン（ＳｉＨ4 ）あるいはジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）が、ｐ型ドーパントとしてジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）あるいはジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）が用いられてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図８は、ｎ型ドーパントとしてＳｉＨ4 を用いた場合とｐ型ドーパントとしてＤＭＺｎまたはＤＥＺｎを用いた場合のキャリア密度分布の説明図である。
この図において、Ｍ1 ，Ｍ2 は誘電体マスク、Ｓはストライプ部である。
この図は、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 に挟まれたレーザ領域から、テーパ導波路領域もしくは光変調器領域を経て、レーザ領域から充分に離れた領域にわたるキャリア密度分布（任意単位）を示している。
【０００８】
この図に示されているように、ｎ型ドーパントしてＳｉＨ4 を用いた場合は、成長速度が遅いテーパ導波路領域あるいは光変調器領域で電子密度が高くなり、また、ｐ型ドーパントにＤＭＺｎやＤＥＺｎを用いた場合は、レーザ領域から、レーザ領域から充分に離れた領域にわたる全領域で正孔密度が一定であることを示しており、この現象は今回本発明の発明者らが発見したものである。
【０００９】
このように、テーパ導波路領域もしくは光変調器領域でキャリア密度が高くなるキャリア密度分布を有する集積レーザにおいては、テーパ導波路領域あるいは光変調器領域で自由キャリアにより光が吸収されるということが問題になる。
本発明は、レーザ領域に隣接して、レーザ領域よりもキャリア密度が小さいテーパ導波路領域もしくは光変調器領域を有する集積レーザ構造を形成する手段を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる半導体装置の製造方法においては、誘電体マスクを施した半導体基板上に、有機金属気相成長法により、Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ中の少なくとも１つ以上の元素とＡｓ，Ｐ中の少なくとも１つ以上の元素を含むIII −Ｖ族半導体材料から構成される集積レーザ構造を選択的に積層する場合に、ｐ型クラッド層の成長時にｐ型ドーパントであるジメチル亜鉛（（ＣＨ3 ）2 Ｚｎ）あるいはジエチル亜鉛（（Ｃ2 Ｈ5 ）2 Ｚｎ）の他にｎ型ドーパントとしてモノシラン（ＳｉＨ4 ）を添加する工程を採用した。
【００１２】
また、本発明にかかる他の半導体装置の製造方法においては、誘電体マスクを施した半導体基板上に、有機金属気相成長法により、Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ中の少なくとも１つ以上の元素とＡｓ，Ｐ中の少なくとも１つ以上の元素から構成されるIII −Ｖ族半導体材料にモノシラン（ＳｉＨ4 ）を用いてｎ型ドーピングする場合に、成長速度がマスクレス基板の場合のＡ倍になる領域の電子密度をＢに制御するために、マスクレス基板で電子密度Ｂを得るのに要するドーパント供給量ＣのＡ倍のドーパント量を供給する工程を採用した。
【００１３】
本発明の半導体装置の製造方法に適用する原理を図１、図２および図３によって説明する。
〔本発明の第１の原理〕
図１は、ｐ型不純物としてＤＭＺｎまたはＤＥＺｎを用い、ｎ型不純物としてＳｉＨ4 を用いた場合のキャリア密度分布の説明図であり、（Ａ）は成長速度、（Ｂ）は正孔密度、（Ｃ）は電子密度、（Ｄ）はｐｎ同時ドープした場合の正孔密度分布を示している。
この図において、Ｍ1 ，Ｍ2 は誘電体マスク、Ｓはストライプ部である。
【００１４】
ｎ型ＩｎＰ基板の上に誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 をストライプ部Ｓを挟んで対向して形成し、その上にＭＯＣＶＤによってＩｎＰ層を成長すると、図１（Ａ）に示されているように、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 に挟まれたストライプ部の中央部（レーザ領域）で成長速度が大きく、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 の中央部から離れるにしたがって（テーパ導波路領域もしくは光変調器領域）成長速度が小さくなり、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 から充分に離れた領域では成長速度はほぼ一定になる。
【００１５】
この際、ＩｎＰ層を成長する時にｐ型ドーパントとしてＤＭＺｎあるいはＤＥＺｎを添加すると、図１（Ｂ）に示されているように、レーザ領域から、テーパ導波路領域もしくは光変調器領域を経て、レーザ領域から充分に離れた領域にわたる全領域で正孔密度ｐが一定になり、正孔密度は成長速度に依存しない。
【００１６】
また、ｎ型ドーパントとしてＳｉＨ4 を添加すると、図１（Ｃ）に示されているように、電子密度ｎは、レーザ領域で低く、テーパ導波路領域もしくは光変調器領域で漸次高くなり、レーザ領域から充分に離れた領域で高いまま一定になる。この場合、電子密度ｎと成長速度の間には、成長速度をＲとすると、電子密度ｎ∝１／Ｒの関係がある。
【００１７】
したがって、ｐ型ＩｎＰクラッド層の成長時にｐ型ドーパントとしてＤＭＺｎあるいはＤＥＺｎを添加し、同時にｎ型ドーパントとしてＳｉＨ4 を添加すると、キャリア補償により、図１（Ｄ）に示されているように、正孔密度は、レーザ領域で高く、テーパ導波路領域もしくは光変調器領域で漸次低くなり、レーザ領域から充分に離れた領域で低いまま一定になる。
ただし、ｎ型ドーパントのドーピング量は、成長速度が最も遅い領域でｐ型ドーパントのドーピング量よりも少なくし、ｐ型ＩｎＰがｎ型に反転するのを防ぐことが必要であることはいうまでもない。
【００１８】
このようなキャリア密度分布を有する集積レーザにおいては、従来の集積レーザにおいて生じていたレーザ部から放射される光が、テーパ導波路領域もしくは光変調器領域で吸収されて損失を生じるという問題を低減することができる。
【００１９】
〔本発明の第２の原理〕
図２は、ｎ型不純物としてＨ2 Ｓを用いた場合の電子密度分布の説明図であり、（Ａ）は成長速度、（Ｂ）は電子密度を示している。
この図において、Ｍ1 ，Ｍ2 は誘電体マスク、Ｓはストライプ部である。
【００２０】
この場合も、ｎ型ＩｎＰ基板の上に誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 をストライプ部Ｓを挟んで対向して形成し、その上にＭＯＣＶＤによってＩｎＰ層を成長すると、図２（Ａ）に示されているように、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 に挟まれたストライプ部の中央部（レーザ領域）で成長速度が大きく、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 の中央部から離れるにしたがって（テーパ導波路領域もしくは光変調器領域）成長速度が小さくなり、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 から充分に離れた領域では成長速度はほぼ一定になる。
【００２１】
この場合、ｎ型クラッド層とｎ型光導波層の成長時にｎ型ドーパントとしてＨ2 Ｓを用いると、図２（Ｂ）に示されているように、電子密度ｎは成長速度Ｒのｘ（〜０．６）乗に比例する。
したがって、ｎ型クラッド層やｎ型光導波層の成長時にｎ型ドーパントとしてＨ2 Ｓを用いると、テーパ導波路領域や光変調器領域の電子密度をレーザ領域より小さくすることができる。
【００２２】
〔本発明の第３の原理〕
図３は、ｎ型ドーパントにＳｉＨ4 を用いた場合の成長速度と電子密度分布の関係説明図であり、（Ａ）は成長速度、（Ｂ）は電子密度を示している。
この図において、Ｍ1 ，Ｍ2 は誘電体マスク、Ｓはストライプ部である。
【００２３】
この場合も、ｎ型ＩｎＰ基板の上に誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 をストライプ部Ｓを挟んで対向して形成し、その上にＭＯＣＶＤによってＩｎＰ層を成長すると、図３（Ａ）に示されているように、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 に挟まれたストライプ部の中央部（レーザ領域）で成長速度が大きく、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 の中央部から離れるにしたがって（テーパ導波路領域もしくは光変調器領域）成長速度が小さくなり、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 から充分に離れた領域では成長速度はほぼ一定になる。
【００２４】
ｎ型ドーパントとしてＳｉＨ4 を用いる場合は電子密度は成長速度に反比例するため、成長速度に比例した供給量でｎ型不純物をドーピングするとマスクレス基板の場合と同じ電子密度が得られる。
【００２５】
したがって、ｎ型ドーパントにＳｉＨ4 を用いても自由電子による光吸収が問題にならない場合は、成長速度がマスクレス基板の場合のＡ倍になる領域の電子密度をＢに制御するために、マスクレス基板で電子密度Ｂを得るのに要するドーパント供給量ＣのＡ倍の供給量でｎ型不純物を供給する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。
（第１の実施形態）
図４は、第１の実施の形態の集積レーザ構造の構成説明図である。
この図において、１はｎ型ＩｎＰ基板、２はｎ型ＩｎＰクラッド層、３はｎ型Ｉｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67光導波層、４はＩｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67／Ｉｎ0.72Ｇａ0.28Ａｓ0.61Ｐ0.39ＭＱＷ活性層、５はＩｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67光導波層、６はｐ型ＩｎＰクラッド層、Ｍ1 ，Ｍ2 は誘電体マスク、Ｓはストライプ部である。
【００２７】
この実施の形態の集積レーザにおいては、この図に示されているように、ｎ型ＩｎＰ基板１の上に幅が３００μｍで長さが６００μｍのＳｉＯ2 からなる誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 を２０μｍのストライプ部Ｓを挟んで対向して形成し、その上に、成長温度を６００℃とし、成長圧力を５０Ｔｏｒｒとし、成長原料としてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）、アルシン（ＡｓＨ3 ）、ホスフィン（ＰＨ3 ）を用い、ｎ型ＩｎＰクラッド層２、ｎ型Ｉｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67光導波層３、Ｉｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67／Ｉｎ0.72Ｇａ0.28Ａｓ0.61Ｐ0.39ＭＱＷ活性層４、Ｉｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67光導波層５、ｐ型ＩｎＰクラッド層６を形成した。
なお、ｎ型ＩｎＰクラッド層２とｎ型Ｉｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67光導波層３の不純物原料にはＨ2 Ｓを用い、ｐ型ＩｎＰクラッド層６の不純物原料にはＤＭＺｎとＳｉＨ4 を用いた。
【００２８】
その結果、レーザ領域においては、ｎ型ＩｎＰ基板１の上に膜厚０．５μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層２、膜厚０．１μｍのｎ型１．１μｍ組成のＩｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67光導波層３、膜厚０．１μｍのノンドープ１．１μｍ組成のＩｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67／１．３μｍ組成のＩｎ0.72Ｇａ0.28Ａｓ0.61Ｐ0.39ＭＱＷ活性層４、膜厚０．１μｍのノンドープ１．１μｍ組成のＩｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67光導波層３、膜厚０．５μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層が形成された。
【００２９】
そして、このマスクパターンによると、レーザ領域から充分離れた領域で、膜厚０．１７μｍのｎ型ＩｎＰクラッド層２、膜厚０．３３μｍのｎ型Ｉｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67光導波層３、膜厚０．３３μｍのノンドープＩｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67／Ｉｎ0.72Ｇａ0.28Ａｓ0.61Ｐ0.39ＭＱＷ活性層４、膜厚０．３３μｍのノンドープＩｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67光導波層３、膜厚０．１７μｍのｐ型ＩｎＰクラッド層が形成され、３倍程度の膜厚比が得られ、レーザ領域と、レーザ領域から充分離れた領域の間のテーパ導波路あるいは光変調器領域では、その中間の膜厚が得られた。
【００３０】
図５は、第１の実施の形態の集積レーザのストライプ方向のキャリア密度分布の説明図であり、（Ａ）は電子密度を示し、（Ｂ）は正孔密度を示している。
この図において、Ｍ1 ，Ｍ2 は誘電体マスク、Ｓはストライプ部である。
【００３１】
この図は、ＳＩＭＳ分析結果から推定した第１の実施の形態の集積レーザのストライプ方向のキャリア密度分布を示している。
図５（Ａ）はｎ型ＩｎＰクラッド層、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層における電子密度を示したもので、各々、レーザ領域での電子密度が５×１０17ｃｍ-3になるように、すなわち、誘電体マスクＭ1 ，Ｍ2 から充分離れた領域での電子密度（マスクレス基板での電子密度）が５×１０17／３0.6 ＝２．６×１０17ｃｍ-3になるようなＨ2 Ｓ量を供給した。
【００３２】
一方、図５（Ｂ）に示されているように、ｐ型ＩｎＰクラッド層においては、レーザ領域でのキャリア密度が（７−２）×１０17ｃｍ-3＝５×１０17ｃｍ-3になるように、すなわち、マスクレス基板での正孔密度が７×１０17ｃｍ-3になるようなＤＭＺｎ量と、マスクレス基板での電子密度が２×１０17×３＝６×１０17ｃｍ-3になるようなＳｉＨ4 量を供給した。
【００３３】
この結果、ｎ型ＩｎＰクラッド層とｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層は共にレーザ領域で５×１０17ｃｍ-3の電子密度を、マスクから充分遠方の領域で２．６×１０17ｃｍ-3の電子密度を、また、レーザ領域と、レーザ領域から十分離れた領域の間の遷移領域ではその中間の電子密度を示すことが推定された。
【００３４】
一方、ｐ型ＩｎＰクラッド層は、レーザ領域で５×１０17ｃｍ-3の正孔密度を、マスクから充分離れた領域で１×１０17ｃｍ-3の正孔密度を、また遷移領域ではその中間の正孔密度を示すことが推定された。
したがって、これらのドーピング方法により、テーパ導波路領域や光変調器領域のキャリア密度をレーザ領域よりも小さくすることができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図６は、第２の実施の形態の集積レーザのストライプ方向のキャリア密度分布の説明図である。
この図において、Ｍ1 ，Ｍ2 は誘電体マスク、Ｓはストライプ部である。
この実施の形態においては、第１の実施の形態と同じ選択マスクを用い、第１の実施の形態と同じ成長条件でＩｎＰにＳｉＨ4 ドーピングを行った。
【００３６】
まず、マスクレス基板の場合に５×１０17ｃｍ-3の電子密度が得られるＳｉＨ4 量Ｃを供給した結果、成長速度が３倍になるレーザ領域の電子密度が１．７×１０17ｃｍ-3になった。
そこで、ＳｉＨ4 ドープ量３Ｃにしたところ、レーザ領域で５×１０17ｃｍ-3の電子密度が得られた。
【００３７】
すなわち、誘電体マスクを施した半導体基板上に、有機金属気相成長法により、Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌ中の少なくとも１つ以上の元素とＡｓ，Ｐ中の少なくとも１つ以上の元素から構成されるIII −Ｖ族半導体材料にモノシラン（ＳｉＨ4 ）を用いてｎ型ドーピングする場合に、成長速度がマスクレス基板の場合のＡ倍（上記の場合は３倍）になる領域の電子密度をＢ（上記の場合は５×１０17ｃｍ-3）に制御するために、マスクレス基板で電子密度Ｂを得るのに要するドーパント供給量のＣのＡ倍（上記の場合は３倍）のドーパント量を供給したことになる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、レーザ領域に隣接する領域のキャリア密度を低減する効果を奏し、集積レーザの光損失の低減、ひいてはその発振電流の低しきい値化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ｐ型不純物としてＤＭＺｎまたはＤＥＺｎを用い、ｎ型不純物としてＳｉＨ4 を用いた場合のキャリア密度分布の説明図であり、（Ａ）は成長速度、（Ｂ）は正孔密度、（Ｃ）は電子密度、（Ｄ）はｐｎ同時ドープした場合の正孔密度分布を示している。
【図２】ｎ型不純物としてＨ2 Ｓを用いた場合の電子密度分布の説明図であり、（Ａ）は成長速度、（Ｂ）は電子密度を示している。
【図３】ｎ型ドーパントにＳｉＨ4 を用いた場合の成長速度と電子密度分布の関係説明図であり、（Ａ）は成長速度、（Ｂ）は電子密度を示している。
【図４】第１の実施の形態の集積レーザ構造の構成説明図である。
【図５】第１の実施の形態の集積レーザのストライプ方向のキャリア密度分布の説明図であり、（Ａ）は電子密度を示し、（Ｂ）は正孔密度を示している。
【図６】第２の実施の形態の集積レーザのストライプ方向のキャリア密度分布の説明図である。
【図７】従来の集積レーザを形成するためのマスクパターンと得られる集積レーザ構造の膜厚分布の説明図である。
【図８】ｎ型ドーパントとしてＳｉＨ4 を用いた場合とｐ型ドーパントとしてＤＭＺｎまたはＤＥＺｎを用いた場合のキャリア密度分布の説明図である。
【符号の説明】
１  ｎ型ＩｎＰ基板
２  ｎ型ＩｎＰクラッド層
３  ｎ型Ｉｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67光導波層
４  Ｉｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67／Ｉｎ0.72Ｇａ0.28Ａｓ0.61Ｐ0.39ＭＱＷ活性層
５  Ｉｎ0.85Ｇａ0.15Ａｓ0.33Ｐ0.67光導波層
６  ｐ型ＩｎＰクラッド層
Ｍ1 ，Ｍ2   誘電体マスク
Ｓ  ストライプ部
１１  ｎ型ＩｎＰ基板
１２  ｎ型ＩｎＰクラッド層
１３  ｎ型ＩｎＧａＡｓＰ光導波層
１４  ノンドープＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰＭＱＷ活性層
１５  ノンドープＩｎＧａＡｓＰ光導波層
１６  ｐ型ＩｎＰクラッド層
【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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