[发明专利]半导体制造方法及半导体激光元件制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造方法，更具体地涉及在使III-V族化合物半导体结晶生长的半导体制造方法中采用Mg作掺杂物的方法。

另外，本发明涉及用这样的半导体制造方法制造AlGaInP类半导体激光元件的半导体激光元件的制造方法。

近年来，对于DVD(数字多功能盘；Digital Versatile Di sc)驱动器中使用的III-V族化合物半导体(例如AlGaInP)类半导体激光元件来说，在高效率下工作电压低、温度特性好、并且可以高输出地工作等，对性能的要求严格。为了实现这些，需要在结晶生长阶段正确控制掺杂物的掺杂分布图。

作为用于III-V族化合物半导体的p型掺杂物，通常使用Zn，但是为了得到陡峭的掺杂分布图，希望选择难扩散的掺杂物。为此，例如(日本)特开平6-45708号公报，(日本)特开2001-24278号公报中所记载的，使用Mg代替Zn作为p型掺杂物。

对本发明要解决的问题进行详细说明。

i)高输出化的必要性

为了在半导体激光元件中实现高输出，通过少量载流子的注入使其更光亮，而且减少振荡光的吸收变得重要。即，希望阈值电流低、效率高。这是因为效率差时，为了输出相同的光输出，需要很大的电流，半导体激光元件的芯片温度上升，成为劣化的原因，难以进一步高输出化。

作为效率降低的原因，认为是由于对振荡光的吸收增加了。即，提高光输出时其一部分被吸收、变为热，由此也使半导体激光元件的芯片温度上升，成为使半导体激光元件劣化的原因。

因此，在结晶生长阶段，要求对振荡光的吸收少、效率高、结晶性好。从这种观点出发，作为用于III-V族化合物半导体的p型掺杂物，可以举出Mg作为有利的候补。

ii)掺杂物及掺杂分布图

掺杂物向有源层扩散时，不仅有源层的结晶排列变乱，有源层本身的结晶性降低、效率降低，不仅如此，掺杂物本身还成为了吸收体。因此，效率进一步降低，而且可靠性也降低了。

另外，在有源层邻近光的分布变宽。因此，即使掺杂物不扩散到有源层，若在紧邻有源层处存在过多的掺杂物时，特别是以没有被活化的状态存在时，这些掺杂物也成为光吸收体，成为效率降低、可靠性降低的原因。

另一方面，为了使掺杂物不向有源层扩散，若在有源层邻近增加未掺杂区域，则确保有源层的结晶性，另外还减少掺杂物引起的吸收。但是，由于载流子变得难以注入到有源层中，所以效率降低。另外，这种情形下，特别是高温工作时，载流子变得容易溢出，温度特性恶化。

因此，希望掺杂物在直到紧邻有源层处以足够并且不过多的程度存在，并且在有源层中不存在掺杂物。即，希望具有在半导体激光元件的有源层邻近掺杂物的浓度在结晶生长方向(深度方向)上急剧(大致阶梯状)变化的掺杂分布图(称其为陡峭的掺杂分布图)。

iii)Mg掺杂滞后

例如通过MOCVD(有机金属化学气相生长)法进行结晶生长的情形下，使用Mg作为掺杂物时，引起Mg吸附在掺杂物原料容器和反应器(反应炉)间的掺杂物供给管道(正确地说是切换供给和非供给的阀的下游部分)等上而堆积的现象(称为“存储效应”)。因此，发生Mg从掺杂物原料容器中开始流出到实际上开始在结晶中掺杂为止的时间滞后(称为掺杂滞后)。另外，在停止从掺杂物原料容器中供给Mg之后，堆积在掺杂物供给管道中的Mg还流入到反应器中，在结晶中掺杂。

这样，因为存储效应的发生，存在难以正确控制Mg的掺杂分布图的问题。

iv)Mg扩散前沿

结晶中的原子存在浓度差时，从浓度高的一方向浓度低的一方扩散。在半导体激光元件中，需要分开形成夹着有源层的n型/p型，需要形成n型、p型的施主、受主不存在于有源层中，充分存在于n型层、p型层中。即，在有源层和夹着它的n型层、p型层之间产生很大的浓度差。扩散的容易程度随原子的种类而不同，但是即使在用Mg作p型掺杂物的情形下，也会由于该浓度差而发生扩散。

在此，需要控制Mg从掺杂层扩散到未掺杂层位置(称其为“Mg的扩散前沿”)。

发明概述

因此，本发明的问题在于提供在使III-V族化合物半导体结晶生长的半导体制造方法中、能够正确控制Mg的掺杂分布图的方法。

另外，本发明的问题在于通过采用这样的半导体制造方法，提供能够制造阈值电流低、效率高、温度特性好、并且可以高输出工作的AlGaInP类半导体激光元件的半导体激光元件制造方法。

为了解决上述问题，本发明的制造方法为