(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に半導体発光層を有する化合物半導体素子を製造する方法において、
半導体成長室内のウェハーホルダー上に該半導体基板をセットして、該半導体基板上及び該ウェハーホルダー上に該半導体基板と同じ材料であるＧａＡｓからなる低温成膜層を、ＭＯＶＰＥ法を用いて前記半導体発光層を成長させる温度よりも１００℃〜１５０℃低い温度で、基板表面およびウェハーホルダー表面の不純物が蒸発しないように成長させる工程と、
該低温成膜層が成長された半導体基板上に、該低温成膜層の成長温度よりも高い成長温度でＡｌＧａＡｓからなる該半導体発光層を、ＭＯＶＰＥ法を用いて成長させる工程と
を含む化合物半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体レーザ素子や発光ダイオード等の化合物半導体素子及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化合物半導体素子を作製する際には、半導体基板上に複数の半導体層を堆積させる。その中でも特に、発光層の結晶性は半導体デバイスの性能に大きく影響するため、発光層として良質な半導体層を成膜することは半導体デバイスの性能向上に必要不可欠である。
【０００３】
以下に、従来の化合物半導体素子の一例として有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法を用いて作製する半導体レーザ素子について説明する。
【０００４】
図３（ｃ）は従来の半導体レーザ素子の断面図である。この半導体レーザ素子は、Ｎ-ＧａＡｓ基板１０上にＮ-ＧａＡｓバッファ層１２、Ｎ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｙ＜ｘ）活性層１４及びＰ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１５が設けられている。クラッド層１５の上にはＮ-ＧａＡｓ電流ブロック層１６が設けられ、その中央部にクラッド層１５まで達するストライプ状の溝が設けられている。その電流ブロック層１６の上及びストライプ状の溝の上にわたってＰ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１７が設けられ、その上にはＰ-ＧａＡｓキャップ層１８が設けられている。
【０００５】
図４は有機金属気相成長装置の模式図である。図４中、試料導入室５０と成長室５１とはゲートバルブ５６により区切られている。また、試料導入室５０にはターボ分子ポンプ等の真空ポンプ５５が取り付けられ、短時間で大気圧から高真空に到達できるようにしてある。また、基板５３をセットするためのウェハーホルダー５２及び基板温度を上げるためのヒーター５４が設けられている。
【０００６】
図４の装置を用いて図３（ｃ）の半導体レーザ素子を作製する場合には、まず、試料導入室５０内でモリブデン製又はカーボン製のウェハーホルダー５２に半導体基板５３をセットする。次に、真空ポンプ５５を用いて試料導入室５０を高真空にし、ウェハーホルダー５２を成長室５１内に導入する。続いて、ヒーター５４を用いて基板温度を上昇させ、３００℃付近でＡｓの蒸発を防止するためにＡｓＨ3を流す。その後、基板温度７００℃〜７５０℃で、図３（ａ）に示すように、Ｎ-ＧａＡｓ基板１０上にＮ-ＧａＡｓバッファ層１２、Ｎ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｙ＜ｘ）活性層１４及びＰ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１５及びＮ-ＧａＡｓ電流ブロック層１６を順次成膜する。この成膜過程の温度プロファイルを図５に示す。
【０００７】
次に、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー法によりＮ-電流ブロック層１６上にストライプ状のエッチングマスク４０を形成し、Ｎ-電流ブロック層１６をエッチングする。その後、図３（ｃ）に示すように、再成長工程によりＰ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１７及びＰ-ＧａＡｓキャップ層１８を成膜することによりレーザ構造を作製する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の方法で半導体レーザ素子を作製する場合、半導体基板５３をエェハーホルダー５２にセットする際に半導体基板５３表面やウェハーホルダー５２表面に不純物が付着することがある。この場合には、各半導体層の成膜温度まで半導体基板を加熱する際にその付着した不純物が蒸発し、その後に成膜される半導体層に取り込まれるため、発光層である活性層の結晶性が悪くなる。その結果、デバイスの光学的特性や電気的特性等の性能が悪化するという問題がある。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、発光層の結晶性を良好にしてデバイス性能を向上させることができる化合物半導体素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の化合物半導体素子の製造方法は、半導体基板上に半導体発光層を有する化合物半導体素子を製造する方法において、半導体成長室内のウェハーホルダー上に該半導体基板をセットして、該半導体基板上及び該ウェハーホルダー上に該半導体基板と同じ材料であるＧａＡｓからなる低温成膜層を、ＭＯＶＰＥ法を用いて前記半導体発光層を成長させる温度よりも１００℃〜１５０℃低い温度で、基板表面およびウェハーホルダー表面の不純物が蒸発しないように成長させる工程と、該低温成膜層が成長された半導体基板上に、該低温成膜層の成長温度よりも高い成長温度でＡｌＧａＡｓからなる該半導体発光層を、ＭＯＶＰＥ法を用いて成長させる工程とを含み、そのことにより上記目的が達成される。
【００１４】
以下、本発明の作用について説明する。
【００１５】
本発明にあっては、半導体基板上及びウェハーホルダー上に基板と同じ材料からなる低温成膜層を発光領域よりも低い成長温度で成長させて基板表面やウェハーホルダー表面をコーティングしている。これにより、基板表面やウェハーホルダー表面に付着した不純物が蒸発して発光層に取り込まれるのを防止できる。その結果、発光層の結晶性を良好にしてデバイスの光学的特性や電気的特性を良好にすることが可能となる。
【００１６】
この低温成膜層は基板と同じ材料からなり、低温バッファ層として機能させることが可能である。従って、基板上に成長した低温成膜層を後の工程で除去する必要がなく、製造工程が複雑になることはない。
【００１７】
例えば、有機金属気相成長法で成膜を行う場合には、発光領域よりも１００℃〜１５０℃低い温度で成長させることにより、基板表面やウェハーホルダー表面の不純物を蒸発させないで基板と同じ材料からなる低温成膜層を成膜することが可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態である半導体レーザ素子の断面図である。この半導体レーザ素子は、Ｎ-ＧａＡｓ基板１０上に発光領域よりも低温で成長させたＮ-ＧａＡｓ低温バッファ層１１が設けられ、その上にＮ-ＧａＡｓバッファ層１２、Ｎ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｙ＜ｘ）活性層１４及びＰ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１５が設けられている。クラッド層１５の上にはＮ-ＧａＡｓ電流ブロック層１６が設けられ、その中央部にクラッド層１５まで達するストライプ状の溝が設けられている。その電流ブロック層１６の上及びストライプ状の溝の上にわたってＰ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１７が設けられ、その上にはＰ-ＧａＡｓキャップ層１８が設けられている。
【００２０】
この半導体レーザ素子は、以下のようにして作製することができる。
【００２１】
まず、図４に示した有機金属気相成長装置の試料導入室５０内でモリブデン製又はカーボン製のウェハーホルダー５２に半導体基板５３をセットする。次に、真空ポンプ５５を用いて試料導入室５０を高真空にし、ウェハーホルダー５２を成長室５１内に導入する。続いて、ヒーター５４を用いて基板温度を上昇させ、３００℃付近でＡｓの蒸発を防止するためにＡｓＨ3を流す。さらに、ヒーター５４を用いて基板温度を６００℃まで上昇させ、その後、３族材料であるＴＭＧ（トリメチルガリウム）、及びＮ型ドーパント材料であるＳｉ2Ｈ6またはＨ2Ｓｅを基板上に供給することにより、図１に示すように、Ｎ-ＧａＡｓ基板１０上に厚み０．１μｍのＮ-ＧａＡｓ低温バッファ層１１を成膜する。このとき、半導体基板５３がセットされているウェハーホルダー５２表面にも同時にＮ-ＧａＡｓ層が成膜される。
【００２２】
このＧａＡｓ低温バッファ層１１の成膜完了後にＴＭＧの供給を止め、再びヒーター５４を用いて基板温度を７００℃まで上昇させる。次に、３族材料であるＴＭＧ及びＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、Ｎ型ドーパント材料であるＳｉ2Ｈ6またはＨ2Ｓｅ、及びＰ型ドーパントであるＤＥＺｎを供給することにより、低温バッファ層１１上にＮ-ＧａＡｓバッファ層１２、Ｎ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１３、ＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｙ＜ｘ）活性層１４及びＰ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１５及びＮ-ＧａＡｓ電流ブロック層１６を順次成膜する。この成膜過程の温度プロファイルを図２に示す。
【００２３】
その後、従来と同様にしてＮ-電流ブロック層１６にストライプ状の溝を形成し、再成長工程によりＰ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層１７及びＰ-ＧａＡｓキャップ層１８を成膜することによりレーザ構造を作製する。
【００２４】
本実施形態においては、発光層である活性層の成膜温度よりも低い温度でＧａＡｓ低温バッファ層１１を成膜することにより、半導体基板をウェハーホルダーにセットする際に付着する不純物が活性層に取り込まれるのを防ぐことができた。その結果、活性層として良質な半導体層を成膜することができ、デバイス特性を向上させることができた。
【００２５】
なお、上記実施形態では、有機金属気相成長法を用いてＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ素子を作製する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、他の材料系を用いた化合物半導体素子についても適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、半導体基板上及びウェハーホルダー上に基板と同じ材料からなる低温成膜層を発光層よりも低い成長温度で成長させることにより、基板表面やウェハーホルダー表面をコーティングすることができる。これにより、基板表面やウェハーホルダー表面に付着した不純物が蒸発して発光層に取り込まれるのを防ぐことができる。その結果、発光層として良質な膜を成膜してデバイス特性を向上させることが可能となる。
【００２７】
本発明の化合物半導体素子によれば、半導体基板上の低温成膜層を低温バッファ層として残しておくことにより、製造工程が煩雑になるのを防ぐことができるので、優れた特性を有する化合物半導体素子を低コストで提供することが可能である。
【００２８】
また、請求項３または請求項４に記載の本発明によれば、このように優れた効果を奏する本発明の化合物半導体素子を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。
【図２】実施形態における有機金属気相成長法の温度プロファイルを示す図である。
【図３】従来の半導体レーザ素子の製造工程を示す断面図である。
【図４】有機金属気相成長装置の構造を示す模式図である。
【図５】従来の有機金属気相成長法の温度プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
１０  Ｎ-ＧａＡｓ基板
１１  Ｎ-ＧａＡｓ低温バッファ層
１２  Ｎ-ＧａＡｓバッファ層
１３  Ｎ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層
１４  ＡｌyＧａ1-yＡｓ（ｙ＜ｘ）活性層
１５  Ｐ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層
１６  Ｎ-ＧａＡｓ電流ブロック層
１７  Ｐ-ＡｌxＧａ1-xＡｓクラッド層
１８  Ｐ-ＧａＡｓキャップ層
５０  試料導入室
５１  成長室
５２  ウェハーホルダー
５３  基板
５４  ヒーター
５５  真空ポンプ
５６  ゲートバルブ
【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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