JP2003092456A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む
半導体層が設けられている半導体発光素子において、発
光特性を著しく改善する。 【解決手段】 基板（２０１）と窒素を含む活性層（２
０４）との間にＡｌを含む半導体層（２０２）が設けら
れている半導体発光素子において、窒素を含む活性層
（２０４）の酸素濃度が、半導体発光素子が室温連続発
振可能となる濃度（例えば１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下）であ
ることを特徴としている。これによって、活性層（２０
４）の発光効率を改善することができ、室温連続発振す
る半導体発光素子を形成することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子及
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、特開平１０−１２６００４号で
は、ＧａＩｎＮＡｓ活性層とＡｌを含む層を直接接して
成長すると、界面に窒素が偏析して表面モフォロジーが
劣化し、発光強度が著しく低下してしまう。それを改善
する方法として、ＧａＩｎＮＡｓ層に直接接する層には
Ａｌを含まないようにする構造が提案されている。

【０００３】特開２０００−４０６８号では、ＧａＩｎ
ＮＰ活性層とＡｌＧａＩｎＰクラッド層との間に、Ａｌ
とＮを構成元素として含まない中間層を設けることによ
り、結晶性、発光効率を改善している。

【０００４】しかし、中間層を設けた場合でも、Ａｌを
含む半導体層上に形成したＧａＩｎＮＡｓ活性層の発光
効率の低下が報告されている。すなわち、文献「Electo
ron.Lett., 2000, 36 (21), pp1776-1777」には、同じ
ＭＯＣＶＤ成長室でＡｌＧａＡｓクラッド層上に連続的
にＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層を成長すると、フォトルミ
ネッセンス強度が著しく劣化することが報告されてい
る。上記文献においては、フォトルミネッセンス強度を
改善するために、ＡｌＧａＡｓクラッド層とＧａＩｎＮ
Ａｓ活性層を異なるＭＯＣＶＤ成長室で成長させてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図１は、本願の発明者
によるＭＯＣＶＤ装置で作製したＧａＩｎＮＡｓ量子井
戸層とＧａＡｓバリア層とからなるＧａＩｎＮＡｓ／Ｇ
ａＡｓ２重量子井戸構造の室温フォトルミネッセンスス
ペクトルを示す図である。なお、図１において、符号Ａ
はＡｌＧａＡｓクラッド層上にＧａＡｓ中間層をはさん
で２重量子井戸構造を形成した試料を示すものであり、
符号ＢはＧａＩｎＰクラッド層上にＧａＡｓ中間層をは
さんで２重量子井戸構造を連続的に形成した試料を示す
ものである。

【０００６】図１に示すように、試料Ａでは試料Ｂに比
べてフォトルミネッセンス強度が半分以下に低下してい
る。このことから、１台のＭＯＣＶＤ装置を用いて、Ａ
ｌＧａＡｓ等のＡｌを構成元素として含む半導体層上
に、ＧａＩｎＮＡｓ等の窒素を含む活性層を連続的に形
成すると、従来例と同様に、活性層の発光強度が劣化し
てしまうという問題が生じることがわかる。このため、
ＡｌＧａＡｓクラッド層上に形成したＧａＩｎＮＡｓ系
レーザの閾電流密度は、ＧａＩｎＰクラッド層上に形成
した場合に比べて２倍以上高くなってしまうという問題
がある。

【０００７】本発明は、基板と窒素を含む活性層との間
にＡｌを含む半導体層が設けられている半導体発光素子
において、発光特性を著しく改善することの可能な半導
体発光素子及びその製造方法を提供することを目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、基板と窒素を含む活性層と
の間にＡｌを含む半導体層が設けられている半導体発光
素子において、窒素を含む活性層は、窒素化合物原料を
用いて成長され、Ａｌを含む半導体層は、有機金属Ａｌ
原料を用いて成長されており、窒素を含む活性層におけ
る非発光再結合準位形成不純物の濃度は、半導体発光素
子が室温連続発振可能となる濃度であることを特徴とし
ている。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層と窒
素を含む活性層との間に中間層が設けられており、窒素
を含む活性層における非発光再結合準位形成不純物の濃
度は、中間層の非発光再結合準位形成不純物の濃度と同
じか、またはそれ以下であることを特徴としている。

【００１０】また、請求項３記載の発明は、基板と窒素
を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられて
いる半導体発光素子において、窒素を含む活性層は、窒
素化合物原料を用いて成長され、Ａｌを含む半導体層
は、有機金属Ａｌ原料を用いて成長されており、窒素を
含む活性層の酸素濃度は、半導体発光素子が室温連続発
振可能となる濃度であることを特徴としている。

【００１１】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載の半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層と窒
素を含む活性層との間に中間層が設けられており、窒素
を含む活性層の酸素濃度は、中間層の酸素濃度と同じ
か、またはそれ以下であることを特徴としている。

【００１２】また、請求項５記載の発明は、基板と窒素
を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられて
いる半導体発光素子において、窒素を含む活性層は、窒
素化合物原料を用いて成長され、Ａｌを含む半導体層
は、有機金属Ａｌ原料を用いて成長されており、窒素を
含む活性層における酸素濃度は、１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3
未満であることを特徴としている。

【００１３】また、請求項６記載の発明は、請求項５記
載の半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層と窒
素を含む活性層との間に中間層が設けられており、窒素
を含む活性層における酸素濃度は、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以
下であることを特徴としている。

【００１４】また、請求項７記載の発明は、基板と窒素
を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられて
いる半導体発光素子において、窒素を含む活性層は、窒
素化合物原料を用いて成長され、Ａｌを含む半導体層
は、有機金属Ａｌ原料を用いて成長されており、窒素を
含む活性層のＡｌ濃度は、半導体発光素子が室温連続発
振可能となる濃度であることを特徴としている。

【００１５】また、請求項８記載の発明は、請求項７記
載の半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層と窒
素を含む活性層との間に中間層が設けられており、窒素
を含む活性層のＡｌ濃度は、中間層のＡｌ濃度と同じ
か、またはそれ以下であることを特徴としている。

【００１６】また、請求項９記載の発明は、基板と窒素
を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられて
いる半導体発光素子において、窒素を含む活性層は、窒
素化合物原料を用いて成長され、Ａｌを含む半導体層
は、有機金属Ａｌ原料を用いて成長されており、窒素を
含む活性層のＡｌ濃度は、２×１０¹⁹ｃｍ^-3未満である
ことを特徴としている。

【００１７】また、請求項１０記載の発明は、請求項９
記載の半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層と
窒素を含む活性層との間に中間層が設けられており、窒
素を含む活性層のＡｌ濃度は、１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3以
下であることを特徴としている。

【００１８】また、請求項１１記載の発明は、基板と窒
素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられ
ている半導体発光素子の製造方法において、Ａｌを含む
半導体層を成長させてから窒素を含む活性層を成長させ
るまでの結晶成長を大気中に取り出さずに行なうことを
特徴としている。

【００１９】また、請求項１２記載の発明は、基板と窒
素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられ
ている半導体発光素子の製造方法において、基板をサセ
プターで加熱し、窒素を含む活性層を窒素化合物原料を
用いて成長し、Ａｌを含む半導体層を有機金属Ａｌ原料
を用いて成長するようにしており、Ａｌを含む半導体層
の成長後と窒素を含む活性層の成長開始との間に、成長
室内の窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれ
る不純物が触れる場所に残留したＡｌ原料、または、Ａ
ｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌを除去す
る工程を設けたことを特徴としている。

【００２０】また、請求項１３記載の発明は、請求項１
２記載の半導体発光素子の製造方法において、Ａｌを含
む半導体層の成長後と窒素を含む活性層の成長開始との
間に、成長室内の窒素化合物原料または窒素化合物原料
中に含まれる不純物が触れる場所に残留したＡｌ原料、
または、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａ
ｌをキャリアガスでパージする工程を設けたことを特徴
としている。

【００２１】また、請求項１４記載の発明は、請求項１
３記載の半導体発光素子の製造方法において、Ａｌを含
む半導体層の成長後と窒素を含む活性層の成長開始との
間に、中間層を成長しながら、成長室内の窒素化合物原
料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場
所に残留したＡｌ原料、または、Ａｌ反応物、または、
Ａｌ化合物、または、Ａｌをキャリアガスでパージする
工程を設けたことを特徴としている。

【００２２】また、請求項１５記載の発明は、請求項１
２記載の半導体発光素子の製造方法において、Ａｌを含
む半導体層の成長後と窒素を含む活性層の成長開始との
間に、サセプターを加熱しながら、成長室内の窒素化合
物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れ
る場所に残留したＡｌ原料、または、Ａｌ反応物、また
は、Ａｌ化合物、または、Ａｌをキャリアガスでパージ
する工程を設けたことを特徴としている。

【００２３】また、請求項１６記載の発明は、請求項１
乃至請求項１０のいずれか一項に記載の半導体発光素子
において、基板と窒素を含む活性層との間に、Ａｌを含
む半導体層で一部または全部が構成された半導体分布ブ
ラッグ反射鏡が設けられており、光を基板と垂直方向に
取り出す面発光型の構造のものとなっていることを特徴
としている。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２５】図２は、基板と窒素を含む半導体層との間
にＡｌを含む半導体層が設けられている半導体発光素子
の一例を示す図である。図２の半導体発光素子では、基
板２０１上に、Ａｌを含む第１の半導体層２０２と、中
間層２０３と、窒素を含む活性層２０４と、中間層２０
３と、第２の半導体層２０５とが順次に積層されてい
る。

【００２６】ここで、基板２０１には、例えばＧａＡ
ｓ，ＩｎＰ，ＧａＰ等の化合物半導体基板が用いられ
る。

【００２７】また、Ａｌを構成元素として含む第１の半
導体層２０２には、ＡｌＡｓ，ＡｌＰ，ＡｌＧａＡｓ，
ＡｌＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰ，ＡｌＩｎＡｓ，ＡｌＩｎ
ＡｓＰ，ＡｌＧａＩｎＡｓＰ等の材料を用いることがで
きる。なお、第１の半導体層２０２は、単一層の場合だ
けでなく、Ａｌを構成元素として含む半導体層が複数積
層されたものであってもよい。

【００２８】また、中間層２０３は、構成元素としてＡ
ｌを含んでおらず、例えばＧａＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＰ，
ＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＡｓＰ等の材料で
構成されている。

【００２９】また、窒素を含む活性層２０４には、例え
ばＧａＮＡｓ，ＧａＰＮ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＩｎＮ
Ｐ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂ等の材料が用
いられ、窒素を含む活性層２０４は、Ａｌ原料を意図的
に導入することなく結晶成長されている。また、活性層
２０４は、単一層の場合だけでなく、窒素を含む半導体
を井戸層とし、中間層材料を障壁層とする多重量子井戸
構造で構成することも可能である。

【００３０】図２の半導体発光素子の各層のエネルギー
バンドギャップは、活性層２０４，中間層２０３，第１
の半導体層２０２，第２の半導体層２０５という順に大
きくなっている。なお、第２の半導体層２０５は、第１
の半導体層２０２と同じ材料で構成されることが一般的
であるが、必ずしも同じ材料である必要はなく、また、
Ａｌを含まない材料で構成することも可能である。

【００３１】図２の半導体発光素子は、有機金属Ａｌ原
料と窒素化合物原料を用いたエピタキシャル成長装置を
用いて、結晶成長を行なうことができる。ここで、有機
金属Ａｌ原料としては、例えばＴＭＡ，ＴＥＡを用いる
ことができる。また、窒素化合物原料としては、ＤＭＨ
ｙ，ＭＭＨｙ等の有機窒素原料やＮＨ₃を用いることが
できる。また、結晶成長方法としては、ＭＯＣＶＤ法あ
るいはＣＢＥ法を用いることができる。

【００３２】図３は、図２の半導体発光素子の一例とし
て、第１の半導体層２０２，第２の半導体層２０５をＡ
ｌＧａＡｓとし、中間層２０３をＧａＡｓとし、窒素を
含む活性層２０４をＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量子
井戸構造として構成した半導体発光素子を、１台のエピ
タキシャル成長装置（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成したと
きの、窒素（Ｎ）濃度と酸素（Ｏ）濃度の深さ方向分布
を示す図である。なお、この測定はＳＩＭＳによって行
った。次表（表１）に測定条件を示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】図３において、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ
２重量子井戸構造に対応して、活性層２０４中に２つの
窒素濃度ピークが見られる。そして、活性層２０４にお
いて、酸素濃度のピークが検出されている。しかし、Ａ
ｌを含まない中間層２０３における酸素濃度は、活性層
２０４の酸素濃度よりも約１桁低い濃度となっている。

【００３５】一方、第１の半導体層２０２，第２の半導
体層２０５をＧａＩｎＰとし、中間層２０３をＧａＡｓ
とし、窒素を含む活性層２０４をＧａＩｎＮＡｓ／Ｇａ
Ａｓ２重量子井戸構造として構成した半導体発光素子に
ついて、酸素濃度の深さ方向分布を測定した場合には、
活性層２０４中の酸素濃度はバックグラウンドレベルで
あった。

【００３６】すなわち、窒素化合物原料と有機金属Ａｌ
原料を用いて、１台のエピタキシャル成長装置により、
基板（２０１）と窒素を含む活性層（２０４）との間に
Ａｌを含む半導体層（２０２）を設けた半導体発光素子
を連続的に結晶成長すると、窒素を含む活性層（２０
４）中に酸素が取り込まれることが本願の発明者の実験
により明らかとなった。活性層（２０４）に取り込まれ
た酸素は非発光再結合準位を形成するため、活性層（２
０４）の発光効率を低下させてしまう。この活性層（２
０４）に取り込まれた酸素が、基板（２０１）と窒素を
含む活性層（２０４）との間にＡｌを含む半導体層（２
０２）を設けた半導体発光素子における発光効率を低下
させる原因であることが新たに判明した。

【００３７】なお、ＭＢＥ法のように、有機金属Ａｌ原
料と窒素化合物原料を用いない結晶成長方法で作製した
場合には、基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む
半導体層を設けた半導体発光素子における発光効率低下
については報告されていない。このことから、基板と窒
素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層を設けた半
導体発光素子における発光効率低下は、有機金属Ａｌ原
料と窒素化合物原料を用いるＭＯＣＶＤ法により結晶成
長する場合に、特に大きな問題となっている。

【００３８】本発明は、本願の発明者による上記のよう
な知見に基づいて、なされたものである。

【００３９】第１の実施形態 本発明の第１の実施形態は、基板（２０１）と窒素を含
む活性層（２０４）との間にＡｌを含む半導体層（２０
２）が設けられている半導体発光素子において、窒素を
含む活性層（２０４）の酸素濃度が、半導体発光素子が
室温連続発振可能となる濃度であることを特徴としてい
る。これによって、活性層（２０４）の発光効率を改善
することができ、室温連続発振する半導体発光素子を形
成することが可能となる。

【００４０】次表（表２）には、ＡｌＧａＡｓをクラッ
ド層（Ａｌを含む層）とし、ＧａＩｎＮＡｓ２重量子井
戸構造（窒素を含む層）を活性層としたブロードストラ
イプレーザを試作して室温パルス動作で閾電流密度を評
価した結果が示されている。

【００４１】

【表２】

【００４２】表２から、Ａｌを構成元素として含む半導
体層に、窒素を含む活性層を連続的に形成した構造にお
いては、活性層中に１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3の酸素が取り
こまれているため、閾電流密度は著しく高くなってお
り、１０ｋＡ／ｃｍ²まで電流を注入してもレーザ発振
しなかった。これに対し、活性層中の酸素濃度を１．５
×１０¹⁸ｃｍ^-3未満に低減することで、レーザ発振が可
能となった。例えば、活性層中の酸素濃度を９×１０¹⁷
ｃｍ^-3に低減すると、閾電流密度は２〜３ｋＡ／ｃｍ²
となった。ブロードストライプレーザの閾電流密度が３
ｋＡ／ｃｍ²以下の活性層品質であれば、室温連続発振
が可能となる。従って、窒素を含む活性層中の酸素濃度
を１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3未満に抑制することにより、室
温連続発振可能な半導体レーザを作製することが可能と
なる。

【００４３】第２の実施形態 また、本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態の半
導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層（２０２）
と窒素を含む活性層（２０４）との間に中間層（２０
３）が設けられており、窒素を含む活性層（２０４）の
酸素濃度が、中間層（２０３）の酸素濃度と同じか、ま
たはそれ以下であることを特徴としている。

【００４４】ここで、中間層（２０３）は、構成元素と
してＡｌを含まない材料から構成されており、Ａｌを含
む半導体層（２０２）と窒素を含む活性層（２０４）と
が直接接することがないようようにしている。これによ
り、窒素を含む活性層（２０４）を成長するため成長室
に窒素原料を供給するときに、窒素との化学結合が強い
Ａｌが表面に露出していないため、表面に窒素が異常偏
析することを抑制している。

【００４５】ＭＯＣＶＤ法により、窒素を含まない活性
層（例えば、ＧａＡｓやＧａＩｎＡｓ活性層）を、Ａｌ
を含む半導体層上に形成した場合には、活性層の発光特
性の劣化は報告されておらず、問題になっていない。従
って、窒素を含まない中間層と同じ程度まで、窒素を含
む活性層の酸素濃度を低減してやると、酸素に起因する
劣化のない高品質の活性層が得られるようになる。

【００４６】図３に示した酸素濃度の深さ方向分布の測
定結果より、中間層２０３における酸素濃度は２×１０
¹⁷〜７×１０¹⁶ｃｍ^-3となっている。従って、窒素を含
む活性層（２０４）の酸素濃度を少なくとも２×１０¹⁷
ｃｍ^-3以下に低減することで、高品質の活性層（２０
４）を得ることができる。

【００４７】図４は、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量
子井戸構造の室温フォトルミネッセンススペクトルを示
す図である。なお、図４において、実線は、第１の半導
体層２０２がＡｌＧａＡｓ層であり、ＡｌＧａＡｓ層上
に中間層を介してＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量子井
戸構造を形成して、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層の酸素濃度を
２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下に設定した場合であり、点線は、
第１の半導体層２０２がＧａＩｎＰ層であり、ＧａＩｎ
Ｐ層上にＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量子井戸構造を
形成した場合である。

【００４８】図４に示すように、窒素を含む活性層の酸
素濃度を２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下まで低減することによ
り、Ａｌを構成元素として含む半導体層（２０２）上に
窒素を含む活性層を形成した場合でも、ＧａＩｎＰ層上
に窒素を含む活性層を形成した場合と同等のフォトルミ
ネッセンス強度が得られるようになった。従って、Ａｌ
を構成元素として含む半導体層上に高発光効率の窒素を
含む活性層を形成することができた。

【００４９】また、表２に示したように、活性層中の酸
素濃度を３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下に低減すると、ブロード
ストライプレーザにおいて、ＡｌＧａＡｓクラッド層を
用いた場合でもＧａＩｎＰクラッド層を用いた場合と同
等の閾電流密度０．８ｋＡ／ｃｍ²が得られた。

【００５０】従って、窒素を含む活性層の酸素濃度を３
×１０¹⁷ｃｍ^-3以下にすることにより、Ａｌを構成元素
として含む半導体層上に窒素を含む活性層を形成した場
合でも、Ａｌを含まない半導体層上に形成した場合と同
等の発光特性が得られるようになった。

【００５１】第３の実施形態 図５は、図２に示した半導体発光素子の一例として、第
１の半導体層２０２，第２の半導体層２０５をＡｌＧａ
Ａｓとし、中間層２０３をＧａＡｓとし、活性層２０４
をＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量子井戸構造として構
成した半導体発光素子を、１台のエピタキシャル成長装
置（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成したときの、Ａｌ濃度の
深さ方向分布の測定結果を示す図である。なお、測定は
ＳＩＭＳによって行った。また、次表（表３）には測定
条件を示す。

【００５２】

【表３】

【００５３】図５から、本来Ａｌ原料を導入していない
活性層２０４において、Ａｌが検出されている。しか
し、Ａｌを含む半導体層２０２，２０５に隣接した中間
層２０３においては、Ａｌ濃度は活性層２０４よりも約
１ 桁低い濃度となっている。これは、活性層２０４中
のＡｌが、Ａｌを含む半導体層２０２，２０５から拡
散，置換して混入したものではないことを示している。

【００５４】一方、ＧａＩｎＰのようにＡｌを含まない
半導体層上に窒素を含む活性層を成長した場合には、活
性層中にＡｌは検出されなかった。

【００５５】従って、図５において活性層２０４中に検
出されたＡｌは、成長室内に残留したＡｌ原料、また
は、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌ
が、窒素化合物原料または窒素化合物原料中の不純物
（水分等）と結合して活性層２０４中に取り込まれたも
のである。すなわち、窒素化合物原料と有機金属Ａｌ原
料を用いて、１台のエピタキシャル成長装置により、基
板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層を設
けた半導体発光素子を連続的に結晶成長すると、窒素を
含む活性層中に自然にＡｌが取り込まれてしまうことが
本願の発明者により新たにわかった。

【００５６】図３に示した同じ半導体発光素子におけ
る、窒素濃度と酸素濃度の深さ方向分布と比較すると、
２重量子井戸活性層２０４中の酸素ピークプロファイル
は、窒素濃度のピークプロファイルと対応しておらず、
図５のＡｌ濃度プロファイルと対応している。このこと
から、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層中の酸素不純物は、窒素原
料と共に取り込まれるというよりも、むしろ井戸層中に
取り込まれたＡｌと結合して一緒に取り込まれているこ
とが明らかとなった。すなわち、成長室内に残留したＡ
ｌ原料、または、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、ま
たは、Ａｌが窒素化合物原料と接触すると、Ａｌと窒素
化合物原料中に含まれる水分や配管または反応管中に残
留した酸素や水分とが結合して、活性層２０４中にＡｌ
と酸素が取り込まれる。この活性層２０４に取り込まれ
た酸素が活性層の発光効率を低下させていたことが本願
の発明者の実験により初めて明らかとなった。

【００５７】次表（表４）には、ＡｌＧａＡｓをクラッ
ド層（Ａｌを含む層）とし、ＧａＩｎＮＡｓ２重量子井
戸構造（窒素を含む層）を活性層としたブロードストラ
イプレーザを試作して閾電流密度を評価した結果を示し
ている。

【００５８】

【表４】

【００５９】表４から、Ａｌを構成元素として含む半導
体層に、窒素を含む活性層を連続的に形成した構造にお
いては、活性層中に２×１０¹⁹ｃｍ^-3のＡｌが取り込ま
れており、パルス電流を１０ｋＡ／ｃｍ²まで注入して
もレーザ発振しなかった。しかし、活性層中のＡｌ濃度
を２×１０¹⁹ｃｍ^-3未満に低減することにより、活性層
中の酸素濃度が１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3未満に低減され、
ブロードストライプレーザが発振した。ブロードストラ
イプレーザの閾電流密度が３ｋＡ／ｃｍ²以下の活性層
品質であれば、室温連続発振が可能である。従って、窒
素を含む活性層中のＡｌ濃度を２×１０¹⁹ｃｍ^-3未満に
抑制することにより、室温連続発振可能な半導体レーザ
を作製することが可能である。

【００６０】このように、本発明の第３の実施形態にお
いては、基板（２０１）と窒素を含む活性層（２０４）
との間に、Ａｌを含む半導体層（２０２）を設けた半導
体発光素子において、窒素を含む活性層（２０４）のＡ
ｌ濃度を半導体発光素子が室温連続発振可能となる濃
度、より具体的には２×１０¹⁹ｃｍ^-3未満にすることに
よって、活性層（２０４）の発光効率を改善することが
でき、室温連続発振する半導体発光素子を形成すること
が可能となる。

【００６１】第４の実施形態 本発明の第４の実施形態においては、上述した第３の実
施形態の半導体発光素子において、Ａｌを含んだ半導体
層（２０２）と窒素を含む活性層（２０４）との間に中
間層（２０３）が設けられており、窒素を含む活性層
（２０４）のＡｌ濃度が中間層（２０３）のＡｌ濃度と
同じか、またはそれ以下であることを特徴としている。

【００６２】中間層（２０３）は、構成元素としてＡｌ
を含まない材料から構成されており、Ａｌを含む半導体
層（２０２）と窒素を含む活性層（２０４）とが直接接
することがないようようにしている。これにより、窒素
を含む活性層（２０４）を成長するため成長室に窒素原
料を供給するときに、窒素との化学結合が強いＡｌが表
面に露出していないため、表面に窒素が異常偏析するこ
とを抑制している。

【００６３】図５から、窒素化合物原料と有機金属Ａｌ
原料を反応室に供給せずに成長した中間層２０３におけ
るＡｌ濃度は１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下となっている。
活性層２０４中に取り込まれたＡｌ濃度が１．５×１０
¹⁸ｃｍ^-3以下の場合に、活性層２０４中の酸素不純物濃
度は２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下に低減できる。

【００６４】また、表４に示したように、活性層中のＡ
ｌ濃度を１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下に低減すると、ブロ
ードストライプレーザにおいて、ＡｌＧａＡｓクラッド
層を用いた場合でも、ＧａＩｎＰクラッド層を用いた場
合と同等の閾電流密度０．８ｋＡ／ｃｍ²が得られた。

【００６５】従って、窒素を含む活性層（２０４）のＡ
ｌ濃度を１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下にして、窒素を含む
活性層（２０４）のＡｌ濃度が中間層（２０３）のＡｌ
濃度と同じか、またはそれ以下にすることにより、Ａｌ
を構成元素として含む半導体層（２０２）上に窒素を含
む活性層（２０４）を形成した場合でも、Ａｌを含まな
い半導体層上に窒素を含む活性層を形成した場合と同等
の発光特性が得られる。

【００６６】第５の実施形態 本発明の第５の実施形態においては、上述した第１乃至
第４の実施形態の半導体発光素子において、Ａｌを含む
半導体層（２０２）を成長させてから窒素を含む活性層
（２０４）を成長させるまでの結晶成長を大気中に取り
出さずに行なうことを特徴としている。

【００６７】前述した従来技術，すなわち文献「Electo
ron.Lett., 2000, 36 (21), pp1776-1777」において
は、Ａｌを含んだ半導体層と窒素を含む半導体層とを別
々のＭＯＣＶＤ装置で成長させることによって、活性層
の発光効率を改善させている。

【００６８】これに対し、本発明の第５の実施形態にお
いては、１台の結晶成長装置を用い、かつＡｌを含んだ
半導体層（２０２）の成長後から窒素を含む活性層（２
０４）成長まで大気中に取り出さないで結晶成長させた
場合でも、窒素を含む活性層（２０４）のＡｌ濃度を例
えば１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下に低減し、窒素を含む活性層
（２０４）の酸素濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下に低減す
ることによって、半導体発光素子の発光特性を改善して
室温連続発振させることができる。従って、製造工程が
簡便となり、また製造コストを低減することができる。

【００６９】第６の実施形態 前述したように、Ａｌを構成元素として含む半導体層
（２０２）を成長させると、成長室内にＡｌ原料、また
は、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌが
残留する。その後、窒素を含む活性層（２０４）を結晶
成長する際に、成長室に窒素化合物原料を供給すると、
窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる水分
等の不純物と、化学的に活性なＡｌ原料、または、Ａｌ
反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌとが化学結
合して、活性層（２０４）中にＡｌが取り込まれること
が新たに判明した。

【００７０】また、Ａｌと窒素化合物原料中に含まれる
水分や配管または反応管中に残留した酸素や水分とが反
応して、酸素不純物も同時に活性層（２０４）に取り込
まれており、活性層の発光効率を低下させてしまう。

【００７１】そこで、本発明の第６の実施形態では、成
長室内の窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含ま
れる不純物が触れる場所に残留したＡｌ原料、または、
Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌを除去
する工程を設けたことを特徴としている。これにより、
窒素を含む活性層（２０４）を成長するため成長室に窒
素化合物原料を供給したときに、残留したＡｌ原料、ま
たは、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌ
と、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる
不純物とが反応する割合を低減することができ、活性層
（２０４）に取り込まれるＡｌ及び酸素不純物の濃度を
低減することができる。

【００７２】例えば、窒素を含む活性層（２０４）中の
Ａｌ濃度を２×１０¹⁹ｃｍ^-3未満に低減することによ
り、室温連続発振が可能となる。さらに、窒素を含む活
性層（２０４）中のＡｌ濃度を１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3以
下に低減することにより、Ａｌを含まない半導体層上に
形成した場合と同等の発光特性が得られた。

【００７３】第７の実施形態 本発明の第７の実施形態は、第６の実施形態をより具体
化したものであり、Ａｌを含む半導体層（２０２）の成
長後と窒素を含む活性層（２０４）の成長開始との間
に、成長室内の窒素化合物原料または窒素化合物原料中
に含まれる不純物が触れる場所に残留したＡｌ原料、ま
たは、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌ
をキャリアガスでパージする工程を設けたことを特徴と
している。

【００７４】ここで、パージ工程の時間は、Ａｌを含む
半導体層（２０２）の成長が終了して成長室へのＡｌ原
料の供給を停止してから、窒素を含む活性層（２０４）
の成長を開始するために窒素化合物原料を成長室に供給
するまでの時間間隔をいう。

【００７５】Ａｌを構成元素として含む半導体層を成長
させると、前述のように成長室内にＡｌ原料、または、
Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌが残留
するが、キャリアガスで成長室内をパージすることによ
り、成長室内に残留したＡｌの濃度を次第に低下させる
ことが可能である。

【００７６】次表（表５）は、本願の発明者のＭＯＣＶ
Ｄ装置で作製した、基板（２０１）と窒素を含む活性層
（２０４）との間にＡｌを含む半導体層（２０２）を設
けた半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層（２
０２）の成長後と窒素を含む活性層（２０４）の成長開
始との間に設けたパージ時間と、活性層（２０４）中の
Ａｌ濃度の関係を示している。

【００７７】

【表５】

【００７８】表５より、パージ時間１０分程度で活性層
中のＡｌ濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下に低減することが
できる。従って、１０分間以上のパージ時間を設けるこ
とにより、活性層の発光効率を改善して、室温連続発振
する半導体発光素子を形成することができる。

【００７９】さらに、望ましくは３０分以上のパージ時
間を設けることにより、Ａｌ濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以
下まで低減することができる。これにより、Ａｌを構成
元素として含む半導体層上に窒素を含む活性層を形成し
た場合でも、Ａｌを含まない半導体層上に形成した場合
と同等の発光特性を得ることができる。

【００８０】図６は、本発明の第７の実施形態による半
導体発光素子の一例を示す図である。図６の半導体発光
素子は、基板２０１上に、Ａｌを構成元素として含む第
１の半導体層２０２と、第１の下部中間層６０１と、第
２の下部中間層６０２と、窒素を含む活性層２０４と、
上部中間層２０３と、第２の半導体層２０５とが順次に
積層されて構成されている。

【００８１】図６の半導体発光素子の製造方法として
は、有機金属Ａｌ原料と有機窒素原料を用いてエピタキ
シャル成長させることができる。そして、第１の下部中
間層６０１の成長後と第２の下部中間層６０２の成長開
始との間に成長中断工程を設けたことを特徴としてい
る。そして、成長中断中に、成長室内の窒素化合物原料
または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所
に残留したＡｌ原料、または、Ａｌ反応物、または、Ａ
ｌ化合物、または、Ａｌを、キャリアガスである水素で
パージして除去している。

【００８２】図７（ａ）は、第１の下部中間層６０１と
第２の下部中間層６０２との間で成長中断し、パージ時
間を６０分設けた半導体発光素子におけるＡｌ濃度の深
さ方向分布の測定結果を示す図である。第１の下部中間
層６０１と第２の下部中間層６０２との間で成長中断
し、パージ時間を６０分設けるときには、図７（ａ）か
らわかるように、活性層２０４中のＡｌ濃度は３×１０
¹⁷ｃｍ^-3以下まで低減することができる。この値は、中
間層中のＡｌ濃度と同程度となっている。

【００８３】また、図７（ｂ）は、同じ素子について、
窒素（Ｎ）濃度と酸素（Ｏ）濃度の深さ方向分布を測定
した結果を示す図である。図７（ｂ）からわかるよう
に、活性層２０４中の酸素濃度は、１×１０¹⁷ｃｍ^-3程
度とバックグラウンドレベルまで低減できた。

【００８４】なお、下部中間層中で酸素濃度にピークが
現れているのは、成長中断界面に酸素が偏析したためで
ある。

【００８５】この半導体発光素子は、第１の下部中間層
６０１と第２の下部中間層６０２の間で成長中断し、パ
ージ時間を６０分設けることにより、窒素を含む活性層
２０４中のＡｌやＯ等の不純物濃度を低減することがで
きた。これにより、窒素を含む活性層の発光効率を改善
することができた。

【００８６】また、成長室内をキャリアガスでパージす
る工程において、サセプターを加熱しながらパージする
こともできる。ここで、サセプターとは基板を高温に加
熱する支持体のことである。サセプターは、高周波誘導
加熱や抵抗加熱、あるいはランプ加熱等によって加熱さ
れる。基板はサセプター上に直接接して加熱させられる
場合や、または、基板とサセプターの間に搬送用トレイ
等が設けられる場合もある。

【００８７】サセプターを加熱しながら成長室内をキャ
リアガスでパージすることにより、サセプターまたはサ
セプター周辺に吸着したＡｌ原料や反応生成物を脱ガス
させて、効率良く除去することができる。そのため、成
長室内をキャリアガスでパージするのみの場合よりも短
時間で反応室内に残留したＡｌ原料や反応生成物を除去
することが可能となる。

【００８８】ただし、基板を同時に加熱する場合は、最
表面の半導体層２０５が熱分解するのを防止するため、
成長中断中においてもＡｓＨ₃もしくはＰＨ₃等のＶ 族
原料ガスを成長室に供給し続ける必要がある。

【００８９】また、成長室内をキャリアガスでパージす
る際に、基板を成長室から別室に搬送しておくこともで
きる。基板を成長室から別室に搬送することにより、サ
セプターを加熱しながらパージを行う際に、ＡｓＨ₃も
しくはＰＨ₃等のＶ族原料ガスを成長室に供給する必要
がない。従って、サセプターまたはサセプター周辺に堆
積したＡｌを含む反応生成物の熱分解をより促進させる
ことができる。これにより、効率よく成長室内のＡｌ濃
度を低減することができる。

【００９０】また、搬送用トレイを用いている場合に
は、サセプターと同時に搬送用トレイも同時に加熱する
ことが望ましい。これにより、搬送用トレイに付着した
Ａｌを含む反応生成物を効率よく除去することができ
る。

【００９１】Ａｌを含む半導体層（例えばＡｌＧａＡｓ
クラッド層）の成長後と窒素を含む活性層（例えばＧａ
ＩｎＮＡｓ活性層）の成長開始との間に、サセプターを
加熱しながら、成長室内の窒素化合物原料または窒素化
合物原料中に含まれる不純物が触れる場所に残留したＡ
ｌ原料、または、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、ま
たは、Ａｌをキャリアガスでパージする工程を設けるこ
とにより、ブロードストライプレーザにおいて、ＧａＩ
ｎＰクラッド層を有するレーザと同等の閾電流密度が得
られた。

【００９２】第８の実施形態 本発明の第８の実施形態は、第７の実施形態において、
Ａｌを含む半導体層の成長後と窒素を含む活性層の成長
開始との間に、中間層を成長しながら、成長室内の窒素
化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が
触れる場所に残留したＡｌ原料、または、Ａｌ反応物、
または、Ａｌ化合物、または、Ａｌをキャリアガスでパ
ージする工程を設けたことを特徴としている。

【００９３】図６に示した半導体発光素子においては、
第１の下部中間層６０１の成長後と第２の下部中間層６
０２の成長開始との間に成長中断工程を設けることで、
成長室内の窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含
まれる不純物が触れる場所に残留したＡｌ原料、また
は、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌを
キャリアガスでパージする。

【００９４】一方、この第８の実施形態では、成長中断
を長く設けることなく、中間層を成長させながらパージ
を行っている。中間層は構成元素としてＡｌを含んでい
ないため、中間層の成長時に成長室にＡｌ原料を導入す
ることがない。従って、中間層成長時でも、原料ガスを
含むキャリアガスで成長室内に残留したＡｌ原料、また
は、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌを
パージすることが可能である。

【００９５】成長中断工程を長時間設けた場合、中断界
面にＯ，Ｃ，Ｓｉ等の不純物が偏析して非発光再結合準
位が形成される恐れがある。しかし、中間層を成長しな
がらパージを行うことで、不純物の偏析を抑制すること
ができる。

【００９６】例えば、０．１μｍの層厚の中間層を成長
しながら成長室のパージを行う場合には、中間層の成長
速度を０．６μｍ／ｈ以下の速度に低下させることで、
１０分間以上のパージ時間を設けることができる。望ま
しくは、中間層の成長速度を０．２μｍ／ｈ以下まで低
下させると、３０分間以上のパージが行えるため、活性
層中のＡｌ濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下まで低減するこ
とができる。

【００９７】あるいは、例えば一般的なＭＯＣＶＤ法の
成長速度である２μｍ／ｈで下部中間層を成長する場合
には、下部中間層の層厚を０．３３μｍ以上、望ましく
は１．０μｍ以上に形成することにより、適切な成長室
のパージ時間を設けることができる。

【００９８】すなわち、下部中間層の層厚と成長速度を
適切に組み合わせて、１０分間以上のパージ時間を設け
ることにより、活性層中のＡｌ濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3
以下に低減することができるため、室温連続発振する半
導体発光素子を形成することができる。さらに、望まし
くは３０分間以上のパージ時間を設けることにより、Ａ
ｌ濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下まで低減し、Ａｌを含ま
ない半導体層上に形成した場合と同等の特性を得ること
ができる。

【００９９】また、成長中断によるパージ工程と中間層
成長時のパージ工程とを一緒に設けることも可能であ
る。さらには、成長中断と中間層成長を、複数回交互に
実施しながらパージすることも可能である。

【０１００】第９の実施形態 図８は、本発明の第９の実施形態による面発光型半導体
発光素子の構成例を示す図である。図８の半導体発光素
子は、半導体単結晶基板２０１上に、下部半導体多層膜
反射鏡８０１と、下部スペーサ層８０２と、中間層２０
３と、窒素を含む活性層２０４と、中間層２０３と、上
部スペーサ層８０３と、上部多層膜反射鏡８０４とが順
次に積層され形成され、光は、基板２０１に対して垂直
方向に取り出される構造となっている。

【０１０１】ここで、半導体単結晶基板２０１として
は、例えばＧａＡｓ基板が用いられる。また、下部多層
膜反射鏡８０１は、高屈折率の半導体層と低屈折率の半
導体層とを発振波長の１／４光学波長厚さで交互に積層
した分布ブラッグ反射鏡となっている。高屈折率層と低
屈折率層の組み合わせとしては、例えばＧａＡｓ／Ａｌ
_xＧａ_1-xＡｓ（０＜ｘ≦１），Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ／Ａｌ
_yＧａ_1-yＡｓ（０＜ｘ＜ｙ≦１），ＧａＩｎＰ／（Ａｌ
_xＧａ_1-x）ＩｎＰ（０＜ｘ≦１）等が用いられる。

【０１０２】また、反射鏡８０１，８０４にはさまれた
下部スペーサ層８０２〜上部スペーサ層８０３の領域
は、共振器を構成しており、発振波長の１／２光学波長
厚さの整数倍となっている。

【０１０３】また、中間層２０３は、構成元素としてＡ
ｌを含まない材料で形成されている。例えばＧａＡｓ，
ＧａＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓＰ等で構成されている。

【０１０４】また、窒素を含む活性層２０４は、例えば
ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩ
ｎＮＡｓＳｂ等で構成されている。このような窒素系Ｖ
族混晶半導体材料は、１．２〜１．６μｍ帯のバンドギ
ャップ波長を有しており、ＧａＡｓ基板上にエピタキシ
ャル成長させることができる。また、活性層２０４は、
１層の場合だけでなく、窒素を含む半導体を井戸層とす
る多重量子井戸構造で構成することも可能である。

【０１０５】また、上部多層膜反射鏡８０４は、下部半
導体多層膜反射鏡８０１と同様に分布ブラッグ反射鏡と
なっている。上部多層膜反射鏡８０４の材料としては、
下部反射鏡８０１のように半導体結晶で構成したり、Ｓ
ｉＯ₂／ＴｉＯ₂等の誘電体材料で構成することが可能で
ある。

【０１０６】下部半導体多層膜反射鏡８０１の低屈折率
層としてＡｌを構成元素として含む半導体層を用いるこ
とにより、高屈折率層との屈折率差を大きくすることが
できる。これにより、より少ない層数で９９％以上の高
反射率を得ることができる。そして、層数が少なくなる
と、半導体多層膜反射鏡の電気抵抗や熱抵抗を低減で
き、温度特性が向上するという利点がある。

【０１０７】端面発光型半導体レーザの場合には、Ｇａ
ＩｎＰ，ＩｎＰ，ＧａＩｎＡｓＰ等のＡｌを含まない材
料でクラッド層を構成することも可能である。しかしな
がら、面発光型半導体レーザの場合には、７０℃以上ま
で動作温度を向上させるためには、ＡｌＧａＡｓ材料系
のように、下部半導体多層膜反射鏡８０１の低屈折率層
にＡｌを含む半導体層を用いなければならない。

【０１０８】このように、Ａｌを含む下部半導体多層膜
反射鏡８０１上に窒素を含む活性層を形成する必要があ
る面発光型半導体レーザにおいて、窒素を含む活性層の
発光効率低下は大きな問題となるが、本発明において
は、窒素を含む活性層２０４中のＡｌ濃度を１×１０¹⁹
ｃｍ^-3以下に低減し、活性層２０４中の酸素濃度を１×
１０¹⁸ｃｍ^-3以下に低減することにより、室温連続発振
が可能となる。さらに、窒素を含む活性層２０４中のＡ
ｌ濃度を２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下に低減し、活性層２０４
中の酸素濃度を２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下に低減することに
より、Ａｌを含まない半導体層上に形成した場合と同等
の発光特性が得られる。従って、７０℃以上まで室温連
続発振する面発光型半導体レーザを実現できる。

【０１０９】特に、窒素を含む活性層２０４を、ＧａＮ
Ａｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＮＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＡ
ｓＳｂ等で構成する場合、発振波長１．２〜１．６μｍ
の長波長帯面発光型半導体レーザをＧａＡｓ基板上に形
成できる。また、下部半導体多層膜反射鏡８０１とし
て、高反射率で低抵抗のＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ材料系
を用いることができるため、温度特性が良好な長波長帯
面発光型半導体レーザを実現できる。

【０１１０】そして、発振波長１．２〜１．６μｍ帯
は、シングルモード光ファイバの伝送に適した波長帯で
あり、短中距離の大容量伝送光ＬＡＮ等の伝送用光源と
して応用できる。

【０１１１】上述の各実施形態では、窒素を含む活性層
の非発光再結合準位形成不純物が酸素であり、窒素を含
む活性層の酸素濃度が、半導体発光素子が室温連続発振
可能となる濃度であるとしているが、本発明では、窒素
を含む活性層の非発光再結合準位形成不純物が酸素以外
のものである場合にも、窒素を含む活性層における非発
光再結合準位形成不純物の濃度を、半導体発光素子が室
温連続発振可能となる濃度とすることにより、活性層の
発光効率を改善することができ、室温連続発振する半導
体発光素子を提供することができる。

【０１１２】また、上述の各実施形態では、窒素を含む
活性層の非発光再結合準位形成不純物が酸素であり、窒
素を含む活性層の酸素濃度が、中間層の酸素濃度と同じ
か、またはそれ以下であるとしているが、本発明では、
窒素を含む活性層の非発光再結合準位形成不純物が酸素
以外のものである場合にも、窒素を含む活性層における
非発光再結合準位形成不純物の濃度を、中間層の非発光
再結合準位形成不純物の濃度と同じか、またはそれ以下
とすることにより、Ａｌを構成元素として含む半導体層
上に窒素を含む活性層を形成した場合でも、Ａｌを含ま
ない半導体層上に形成した場合と同等の発光特性を得る
ことができる。

【０１１３】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【０１１４】実施例１ 図９は、本発明の実施例１による半導体レーザを示す図
である。図９の半導体レーザは、ｎ型ＧａＡｓ基板９０
１上に、ｎ型ＧａＡｓバッファ層９０２と、ｎ型Ａｌ
_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層９０３と、第１のＧａＡｓ下
部光導波層９０４と、第２のＧａＡｓ下部光導波層９０
５と、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層９
０６と、ＧａＡｓ上部光導波層９０７と、ｐ型Ａｌ_0.4
Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層９０８と、ｐ型ＧａＡｓコンタ
クト層９０９とが順次に積層されている。

【０１１５】そして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層９０９
の表面からｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層９０８の
途中までストライプ状にエッチングされて、リッジスト
ライプ構造が形成されている。リッジストライプ幅は４
μｍとなっている。

【０１１６】また、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層９０９上
にはｐ側電極９１０が形成されており、ｎ型ＧａＡｓ基
板９０１の裏面にはｎ側電極９１１が形成されている。

【０１１７】図９に示した構造は、リッジストライプ構
造に電流及び光を閉じ込めるリッジストライプ型半導体
レーザとなっている。

【０１１８】図９の半導体レーザの結晶成長は、１台の
ＭＯＣＶＤ装置を用いて行った。ここで、III族原料と
してＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩを使用し、Ｖ族原料として
ＡｓＨ₃，ＤＭＨｙを用いた。そして、実施例１の特徴
は、第１のＧａＡｓ下部光導波層９０４の成長後と第２
のＧａＡｓ下部光導波層９０５の成長開始との間に成長
中断工程を設けて結晶成長を行った点にある。

【０１１９】成長中断工程としては、基板を成長室に保
持した状態で、成長室にキャリアガスを流してパージし
た。キャリアガスで成長室をパージすることにより、ｎ
型ＡｌＧａＡｓクラッド層９０３の成長によって成長室
内に残留したＡｌ原料、または、Ａｌ反応物、または、
Ａｌ化合物、または、Ａｌを排出して、Ａｌ濃度を低下
させることができる。

【０１２０】そして、成長中断後にＧａＩｎＮＡｓ／Ｇ
ａＡｓ多重量子井戸活性層９０６を成長させると、Ｇａ
ＩｎＮＡｓ井戸層中にＡｌ及び酸素が取り込まれるのを
抑制することができる。６０分間のパージ時間を設けた
ところ、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層中のＡｌ濃度は３×１０
¹⁷ｃｍ^-3以下であり、酸素濃度は２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下
であることが確認できた。

【０１２１】これにより、窒素を含む活性層９０６の発
光効率が改善でき、室温連続発振可能なリッジストライ
プ型半導体レーザを形成することができた。

【０１２２】実施例２ 図１０は、本発明の実施例２による面発光型半導体レー
ザを示す図である。図１０の半導体レーザは、ｎ型Ｇａ
Ａｓ基板９０１上に、ｎ型半導体多層膜反射鏡１００１
と、第１のＧａＡｓ下部スペーサ層１００２と、第２の
ＧａＡｓ下部スペーサ層１００３と、ＧａＩｎＮＡｓ／
ＧａＡｓ多重量子井戸活性層９０６と、ＧａＡｓ上部ス
ペーサ層１００４と、ＡｌＡｓ層１００５と、ｐ型半導
体多層膜反射鏡１００６とが順次に形成された積層構造
を有している。

【０１２３】ここで、ｎ型半導体多層膜反射鏡１００１
は、ｎ型ＧａＡｓ高屈折率層とｎ型Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ
低屈折率層とを交互に積層した分布ブラッグ反射鏡で構
成されている。同様に、ｐ型半導体多層膜反射鏡１００
６も、ｐ型ＧａＡｓ高屈折率層とｐ型Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａ
ｓ低屈折率層とを交互に積層した分布ブラッグ反射鏡で
構成されている。

【０１２４】また、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子
井戸活性層９０６は、バンドギャップ波長が１．３μｍ
帯となっている。そして、第１のＧａＡｓ下部スペーサ
層１００２からＧａＡｓ上部スペーサ層１００４まで
は、λ共振器を構成している。

【０１２５】そして、図１０の半導体レーザは、上記積
層構造を、ｎ型半導体多層膜反射鏡１００１に達するま
で円筒状にエッチングして、メサ構造が形成されてい
る。メササイズは、直径が３０μｍとなっている。そし
て、エッチングして表面が露出した側面からＡｌＡｓ層
１００５を選択的に酸化させ、ＡｌＯ_x絶縁領域１００
７を形成することにより、電流狭窄構造が形成されてい
る。電流は、ＡｌＯ_x絶縁領域１００７によって直径が
約５μｍの酸化開口領域に集中して活性層９０６に注入
される。

【０１２６】また、図１０において、符号９１０はｐ型
半導体多層膜反射鏡１００６の表面に形成されたリング
状のｐ側電極であり、また、符号９１１はｎ型ＧａＡｓ
基板９０１の裏面に形成されたｎ側電極である。

【０１２７】図１０の半導体レーザでは、ＧａＩｎＮＡ
ｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸活性層９０６で発光した光
は、上下の半導体多層膜反射鏡１００１，１００６で反
射して増幅され、１．３μｍ帯のレーザ光が基板と垂直
方向に放射される。

【０１２８】この実施例２においては、図１０の半導体
レーザの結晶成長は、１台のＭＯＣＶＤ装置を用いて行
った。ここで、III族原料としてＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭ
Ｉを使用し、Ｖ族原料としてＡｓＨ₃，ＤＭＨｙを用い
た。そして、実施例２の特徴は、第１のＧａＡｓ下部ス
ペーサ層１００２の成長後と第２のＧａＡｓ下部スペー
サ層１００３の成長開始との間に成長中断工程を設けて
結晶成長を行った点にある。

【０１２９】成長中断工程としては、基板を成長室に設
置した状態で、キャリアガスとＡｓＨ₃を流しながらサ
セプターを加熱して３０分間以上パージした。成長中断
中にキャリアガスで成長室内をパージすることにより、
成長室内に残留したＡｌ原料、または、Ａｌ反応物、ま
たは、Ａｌ化合物、または、Ａｌを除去することができ
る。さらに、サセプターを加熱することにより、サセプ
ターまたはサセプター周辺に吸着したＡｌ原料や反応生
成物を脱ガスして、成長室内に残留したＡｌ原料、また
は、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌを
効率良く除去することができる。

【０１３０】これにより、成長室内の残留Ａｌ濃度を低
減させて、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層中にＡｌ及び酸素が取
り込まれるのを抑制することができる。ＳＩＭＳ分析に
より、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層中のＡｌ濃度は２×１０¹⁸
ｃｍ^-3以下であり、酸素濃度は２×１０¹⁷ｃｍ^-3以下で
あることが確認できた。これにより、活性層の発光効率
を改善して、ＭＯＣＶＤ法で成長した１．３μｍ帯Ｇａ
ＩｎＮＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系面発光型半導体レーザの室
温連続発振を実現した。

【０１３１】実施例３ 図１１は、本発明の実施例３による面発光型半導体レー
ザを示す図である。なお、図１１において、図１０と同
様の箇所には同じ符号を付している。図１１の半導体レ
ーザの積層構造は、図１０に示した面発光型半導体レー
ザと類似している。図１０の構造と異なっている点は、
ＧａＡｓ下部スペーサ層１１０１からＧａＡｓ上部スペ
ーサ層１００４までは、Ｎλ共振器（Ｎ＝２，３，４，
…）で構成されている点である。ＧａＡｓ下部スペーサ
層１１０１の層厚ｄ_bは、ｄ_b＝（Ｎ―０．５）λ／ｎ_s
―（ｎ_a／ｎ_s）（ｄ_a／２）となっている。ここで、λ
は面発光型半導体レーザの発振波長であり、ｎ_sはＧａ
Ａｓスペーサ層の屈折率であり、ｎ_aは活性層の屈折率
であり、ｄ_aは活性層の層厚である。また、上部スペー
サ層１００４の層厚ｄ_uは、 ｄ_u＝０．５λ／ｎ_s―（ｎ_a／ｎ_s）（ｄ_a／２） となっている。

【０１３２】例えば、Ｎ＝４，λ＝１３００ｎｍ，ｄ_a
＝３０ｎｍの場合、ＧａＡｓ下部スペーサ層１１０１の
層厚は約１．３μｍとなる。この層厚１．３μｍのＧａ
Ａｓ下部スペーサ層１１０１を１μｍ／ｈの成長速度で
成長すると、７８分の時間がかかる。実施例３では、Ｇ
ａＡｓ下部スペーサ層１１０１を成長しながら、成長室
内に残留したＡｌ原料、または、Ａｌ反応物、または、
Ａｌ化合物、または、Ａｌをパージしている。すなわ
ち、６０分間以上のパージ工程を、特別に長時間の成長
中断工程を設けることなく実施することができる。これ
により、Ａｌを含む下部反射鏡１００１上に形成したＧ
ａＩｎＮＡｓ井戸層中に混入するＡｌ及び酸素濃度を低
減して、発光効率を改善することができる。

【０１３３】また、長時間の成長中断工程を設けていな
いため、スペーサ層中に不要な不純物が偏析することが
ない。

【０１３４】また、Ｎλ共振器構造のように共振器長を
長くすると、酸化開口径を１０μｍと広くした場合で
も、高い光出力までシングルモード動作を維持すること
が可能となる。従って、高出力のシングルモード面発光
半導体レーザを形成することができる。

【０１３５】実施例４ 図１２は、本発明の実施例４による半導体レーザを示す
図である。図１２の半導体レーザは、六方晶単結晶基板
１２０１上に、ＡｌＧａＮ低温バッファ層１２０２、ｎ
型ＧａＮバッファ層１２０３、ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
クラッド層１２０４、ＧａＮ下部光導波層１２０５、Ｉ
ｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸活性層１２０６、ＧａＮ
上部光導波層１２０７、ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッ
ド層１２０８、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２０９が順次
に積層されている。

【０１３６】ここで、六方晶単結晶基板１２０１として
は、サファイア，ＳｉＣ，ＺｎＯ，ＧａＮ，ＡｌＮ等の
材料が用いられる。

【０１３７】そして、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層１２０
９の表面からｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層１２０
８の途中までストライプ状にドライエッチングされて、
リッジストライプ構造が形成されている。リッジストラ
イプ幅は３μｍとなっている。

【０１３８】また、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２０９上
にはｐ側電極１２１０が形成されている。また、ｐ型Ａ
ｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層１２０８からｎ型ＧａＮバ
ッファ層１２０３に達するまでドライエッチングされ
て、ｎ型ＧａＮバッファ層１２０３が露出したテラス上
にｎ側電極１２１１が形成されている。

【０１３９】図１２の半導体レーザは、リッジストライ
プ構造に電流及び光を閉じ込めるリッジストライプ型半
導体レーザとなっている。

【０１４０】この実施例４においては、図１２の半導体
レーザの結晶成長は、１台のＭＯＣＶＤ装置を用いて行
った。ここで、III族原料としてＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭ
Ｉを使用し、Ｖ族原料としてＮＨ₃及びＤＭＨｙを用い
た。そして、実施例４の特徴は、ＧａＮ下部光導波層１
２０５の成長中に成長中断工程を設けた点にある。成長
中断工程としては、基板を成長室に保持した状態で、成
長室にキャリガスを流してパージした。キャリガスで成
長室をパージすることにより、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層１２０４の成長によって成長室内に残留したＡｌ原
料、または、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、また
は、Ａｌを排出して、Ａｌ濃度を低下させることができ
る。

【０１４１】図１２の構成において、ＩｎＧａＮ井戸層
は、ＡｌＧａＮクラッド層１２０４やＧａＮ光導波層１
２０５に比べて成長温度が低いため、膜中に酸素が取り
こみやすい成長条件となっている。しかし、成長中断に
よるパージ工程を行った後にＩｎＧａＮ／ＧａＡｓ多重
量子井戸活性層１２０６を成長させることにより、Ｉｎ
ＧａＮ井戸層中に、Ａｌと結合して酸素が取り込まれる
のを抑制することができる。これにより、窒素を含む活
性層１２０６の発光効率を改善して、青色半導体レーザ
の閾電流密度を低減することができる。

【０１４２】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
含む半導体層が設けられている半導体発光素子におい
て、窒素を含む活性層は、窒素化合物原料を用いて成長
され、Ａｌを含む半導体層は、有機金属Ａｌ原料を用い
て成長されており、窒素を含む活性層における非発光再
結合準位形成不純物の濃度は、半導体発光素子が室温連
続発振可能となる濃度であるので、活性層の発光効率を
改善することができ、室温連続発振する半導体発光素子
を提供することができる。

【０１４３】また、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体
層と窒素を含む活性層との間に中間層が設けられてお
り、窒素を含む活性層における非発光再結合準位形成不
純物の濃度は、中間層の非発光再結合準位形成不純物の
濃度と同じか、またはそれ以下であるので、Ａｌを構成
元素として含む半導体層上に窒素を含む活性層を形成し
た場合でも、Ａｌを含まない半導体層上に形成した場合
と同等の発光特性を得ることができる。

【０１４４】また、請求項３記載の発明によれば、基板
と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設け
られている半導体発光素子において、窒素を含む活性層
は、窒素化合物原料を用いて成長され、Ａｌを含む半導
体層は、有機金属Ａｌ原料を用いて成長されており、窒
素を含む活性層の酸素濃度は、半導体発光素子が室温連
続発振可能となる濃度であるので、活性層の発光効率を
改善することができ、室温連続発振する半導体発光素子
を提供することができる。

【０１４５】また、請求項４記載の発明によれば、請求
項３記載の半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体
層と窒素を含む活性層との間に中間層が設けられてお
り、窒素を含む活性層の酸素濃度は、中間層の酸素濃度
と同じか、またはそれ以下であるので、Ａｌを構成元素
として含む半導体層上に窒素を含む活性層を形成した場
合でも、Ａｌを含まない半導体層上に形成した場合と同
等の発光特性を得ることができる。

【０１４６】また、請求項５記載の発明によれば、基板
と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設け
られている半導体発光素子において、窒素を含む活性層
は、窒素化合物原料を用いて成長され、Ａｌを含む半導
体層は、有機金属Ａｌ原料を用いて成長されており、窒
素を含む活性層における酸素濃度は、１．５×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3未満であるので、活性層の発光効率を改善すること
ができ、室温連続発振する半導体発光素子を提供するこ
とができる。

【０１４７】また、請求項６記載の発明によれば、請求
項５記載の半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体
層と窒素を含む活性層との間に中間層が設けられてお
り、窒素を含む活性層における酸素濃度は、３×１０¹⁷
ｃｍ^-3以下であるので、Ａｌを含まない半導体層上に形
成した場合と同等のレーザ特性を得ることができる。

【０１４８】また、請求項７記載の発明によれば、基板
と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設け
られている半導体発光素子において、窒素を含む活性層
は、窒素化合物原料を用いて成長され、Ａｌを含む半導
体層は、有機金属Ａｌ原料を用いて成長されており、窒
素を含む活性層のＡｌ濃度は、半導体発光素子が室温連
続発振可能となる濃度であるので、活性層の発光効率を
改善することができ、室温連続発振する半導体発光素子
を提供することができる。

【０１４９】また、請求項８記載の発明によれば、請求
項７記載の半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体
層と窒素を含む活性層との間に中間層が設けられてお
り、窒素を含む活性層のＡｌ濃度は、中間層のＡｌ濃度
と同じか、またはそれ以下であるので、Ａｌを構成元素
として含む半導体層上に窒素を含む活性層を形成する場
合でも、Ａｌを含まない半導体層上に形成した場合と同
等の発光特性を得ることができる。

【０１５０】また、請求項９記載の発明によれば、基板
と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設け
られている半導体発光素子において、窒素を含む活性層
は、窒素化合物原料を用いて成長され、Ａｌを含む半導
体層は、有機金属Ａｌ原料を用いて成長されており、窒
素を含む活性層のＡｌ濃度は、２×１０¹⁹ｃｍ^-3未満で
あるので、活性層の発光効率を改善することができ、室
温連続発振する半導体発光素子を提供することができ
る。

【０１５１】また、請求項１０記載の発明によれば、請
求項９記載の半導体発光素子において、Ａｌを含む半導
体層と窒素を含む活性層との間に中間層が設けられてお
り、窒素を含む活性層のＡｌ濃度は、１．５×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3以下であるので、Ａｌを構成元素として含む半導体
層上に窒素を含む活性層を形成する場合でも、Ａｌを含
まない半導体層上に形成した場合と同等のレーザ特性を
得ることができる。

【０１５２】また、請求項１１記載の発明によれば、基
板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設
けられている半導体発光素子の製造方法において、Ａｌ
を含む半導体層を成長させてから窒素を含む活性層を成
長させるまでの結晶成長を大気中に取り出さずに行なう
ので、製造工程が簡便となり、また製造コストを低減す
ることができる。すなわち、１台の結晶成長装置を用
い、かつＡｌを含んだ半導体層の成長後から窒素を含む
半導体層成長までを大気中に取り出さないで結晶成長さ
せた場合でも、窒素を含む半導体層のＡｌ濃度を例えば
１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下に低減し、また窒素を含む半導体
層の酸素濃度を例えば１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下に低減する
ことによって、半導体発光素子の発光特性を改善して室
温連続発振させることができる。従って、製造工程が簡
便となり、また製造コストを低減することができる。

【０１５３】また、請求項１２記載の発明によれば、基
板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設
けられている半導体発光素子の製造方法において、窒素
を含む活性層を窒素化合物原料を用いて成長し、Ａｌを
含む半導体層を有機金属Ａｌ原料を用いて成長するよう
にしており、Ａｌを含む半導体層の成長後と窒素を含む
活性層の成長開始との間に、成長室内の窒素化合物原料
または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所
に残留したＡｌ原料、または、Ａｌ反応物、または、Ａ
ｌ化合物、または、Ａｌを除去する工程を設けたので、
窒素を含む活性層を成長するため成長室に窒素化合物原
料を供給したときに、残留したＡｌ原料、または、Ａｌ
反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌと、窒素化
合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物とが
反応する割合を低減することができ、活性層の発光効率
を改善することができる。

【０１５４】また、請求項１３記載の発明によれば、請
求項１２記載の半導体発光素子の製造方法において、Ａ
ｌを含む半導体層の成長後と窒素を含む活性層の成長開
始との間に、成長室内の窒素化合物原料または窒素化合
物原料中に含まれる不純物が触れる場所に残留したＡｌ
原料、または、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、また
は、Ａｌをキャリアガスでパージする工程を設けたの
で、活性層中のＡｌ濃度を低減することができる。例え
ば、パージ時間を１０分以上設けることにより、活性層
中のＡｌ濃度を１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下に低減することが
できる。また、３０分以上のパージ時間を設けることに
より、Ａｌ濃度を１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下まで低減するこ
とができる。従って、Ａｌを構成元素として含む半導体
層上に窒素を含む活性層を形成しても、活性層の発光効
率低下が生じなくなる。

【０１５５】また、請求項１４記載の発明によれば、請
求項９記載の半導体発光素子の製造方法において、Ａｌ
を含む半導体層の成長後と窒素を含む活性層の成長開始
との間に、中間層を成長しながら、成長室内の窒素化合
物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れ
る場所に残留したＡｌ原料、または、Ａｌ反応物、また
は、Ａｌ化合物、または、Ａｌをキャリアガスでパージ
する工程を設けており、長い成長中断工程を設けること
なく、中間層を成長しながら成長室内のパージを行って
いるので、中間層中に不純物が偏析する界面が形成され
ることがなくなる。

【０１５６】また、請求項１５記載の発明によれば、請
求項１２記載の半導体発光素子の製造方法において、Ａ
ｌを含む半導体層の成長後と窒素を含む活性層の成長開
始との間に、サセプターを加熱しながら、成長室内の窒
素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物
が触れる場所に残留したＡｌ原料、または、Ａｌ反応
物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌをキャリアガス
でパージする工程を設けたことにより、サセプターまた
はサセプター周辺に吸着したＡｌ原料や反応生成物を脱
ガスさせて、より効率良く反応室内に残留したＡｌ原
料、または、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、また
は、Ａｌを除去することが可能となる。

【０１５７】また、請求項１６記載の発明によれば、請
求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の半導体発
光素子において、基板と窒素を含む活性層との間に、Ａ
ｌを含む半導体層で一部または全部が構成された半導体
分布ブラッグ反射鏡が設けられており、光を基板と垂直
方向に取り出す面発光型の構造のものとなっており、光
を基板と垂直方向に取り出す面発光型の構造のものとな
っている場合にも、窒素を含む活性層中のＡｌ及び酸素
濃度を低減することにより、高発光効率の活性層を形成
することができる。すなわち、面発光型半導体発光素子
に用いられる下部半導体多層膜反射鏡の電気抵抗や熱抵
抗を低減して温度特性を向上させるためには、低屈折率
層としてＡｌを含む半導体層を用いる必要があるが、本
発明では、Ａｌを含む半導体層上に窒素を含む活性層を
形成した場合でも、窒素を含む活性層中のＡｌ及び酸素
濃度を低減することにより、高発光効率の活性層を形成
することができる。従って、低閾電流で、７０℃以上ま
で動作可能な面発光型半導体発光素子を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量子井戸構造の
室温フォトルミネッセンススペクトルを示す図である。

【図２】基板と窒素を含む半導体層との間にＡｌを含む
半導体層が設けられている半導体発光素子の一例を示す
図である。

【図３】半導体発光素子の窒素濃度，酸素濃度の深さ方
向分布を示す図である。

【図４】半導体発光素子の室温フォトルミネッセンスス
ペクトルを示す図である。

【図５】半導体発光素子のＡｌ濃度の深さ方向分布を示
す図である。

【図６】本発明の第７の実施形態による半導体発光素子
の一例を示す図である。

【図７】（ａ）は成長中断を設けた半導体発光素子の窒
素濃度，酸素濃度の深さ方向分布を示す図であり、
（ｂ）は成長中断を設けた半導体発光素子のＡｌ濃度深
さ方向分布を示す図である。

【図８】本発明の第９の実施形態による面発光型半導体
発光素子の構成例を示す図である。

【図９】実施例１によるリッジストライプ型半導体レー
ザを示す図である。

【図１０】実施例２による面発光型半導体レーザを示す
図である。

【図１１】実施例３による面発光型半導体レーザを示す
図である。

【図１２】実施例４による半導体レーザを示す図であ
る。

【符号の説明】 ２０１ 基板 ２０２ Ａｌを含む第１の半導体層 ２０３ 中間層 ２０４ 窒素を含む活性層 ２０５ 第２の半導体層 ６０１ 第１の下部中間層 ６０２ 第２の下部中間層 ８０１ 下部半導体多層膜反射鏡 ８０２ 下部スペーサ層 ８０３ 上部スペーサ層 ８０４ 上部多層膜反射鏡 ９０１ ｎ型ＧａＡｓ基板 ９０２ ｎ型ＧａＡｓバッファ層 ９０３ ｎ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層 ９０４ 第１のＧａＡｓ下部光導波層 ９０５ 第２のＧａＡｓ下部光導波層 ９０６ ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井
戸活性層 ９０７ ＧａＡｓ上部光導波層 ９０８ ｐ型Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓクラッド層 ９０９ ｐ型ＧａＡｓコンタクト層 ９１０ ｐ側電極 ９１１ ｎ側電極 １００１ ｎ型ＧａＡｓ／Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ
半導体多層膜反射鏡 １００２ 第１のＧａＡｓ下部スペーサ層 １００３ 第２のＧａＡｓ下部スペーサ層 １００４ ＧａＡｓ上部スペーサ層 １００５ ＡｌＡｓ層 １００６ ｐ型ＧａＡｓ／Ａｌ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ
半導体多層膜反射鏡 １００７ ＡｌＯ_x絶縁領域 １１０１ ＧａＡｓ下部スペーサ層 １２０１ 六方晶単結晶基板 １２０２ 低温ＡｌＧａＮバッファ層 １２０３ ｎ型ＧａＮバッファ層 １２０４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 １２０５ ＧａＮ下部光導波層 １２０６ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸活
性層 １２０７ ＧａＮ上部光導波層 １２０８ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 １２０９ ｐ型ＧａＮコンタクト層 １２１０ ｐ側電極 １２１１ ｎ側電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 彰浩 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 (72)発明者 佐藤 俊一 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB09 AB17 AB18 AC08 AF04 AF05 BB16 CA12 DA53 DA55 DA63 DA64 5F073 AA13 AA45 AA55 AA65 AA74 AA89 AB17 BA02 CA02 CA07 CA17 CB02 CB05 CB07 DA05 DA27 DA35 EA02 EA23 EA29

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
   含む半導体層が設けられている半導体発光素子におい
   て、窒素を含む活性層は、窒素化合物原料を用いて成長
   され、Ａｌを含む半導体層は、有機金属Ａｌ原料を用い
   て成長されており、窒素を含む活性層における非発光再
   結合準位形成不純物の濃度は、半導体発光素子が室温連
   続発振可能となる濃度であることを特徴とする半導体発
   光素子。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体発光素子におい
   て、Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間に中
   間層が設けられており、窒素を含む活性層における非発
   光再結合準位形成不純物の濃度は、中間層の非発光再結
   合準位形成不純物の濃度と同じか、またはそれ以下であ
   ることを特徴とする半導体発光素子。
3. 【請求項３】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
   含む半導体層が設けられている半導体発光素子におい
   て、窒素を含む活性層は、窒素化合物原料を用いて成長
   され、Ａｌを含む半導体層は、有機金属Ａｌ原料を用い
   て成長されており、窒素を含む活性層の酸素濃度は、半
   導体発光素子が室温連続発振可能となる濃度であること
   を特徴とする半導体発光素子。
4. 【請求項４】 請求項３記載の半導体発光素子におい
   て、Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間に中
   間層が設けられており、窒素を含む活性層の酸素濃度
   は、中間層の酸素濃度と同じか、またはそれ以下である
   ことを特徴とする半導体発光素子。
5. 【請求項５】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
   含む半導体層が設けられている半導体発光素子におい
   て、窒素を含む活性層は、窒素化合物原料を用いて成長
   され、Ａｌを含む半導体層は、有機金属Ａｌ原料を用い
   て成長されており、窒素を含む活性層における酸素濃度
   は、１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3未満であることを特徴とする
   半導体発光素子。
6. 【請求項６】 請求項５記載の半導体発光素子におい
   て、Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間に中
   間層が設けられており、窒素を含む活性層における酸素
   濃度は、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であることを特徴とする
   半導体発光素子。
7. 【請求項７】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
   含む半導体層が設けられている半導体発光素子におい
   て、窒素を含む活性層は、窒素化合物原料を用いて成長
   され、Ａｌを含む半導体層は、有機金属Ａｌ原料を用い
   て成長されており、窒素を含む活性層のＡｌ濃度は、半
   導体発光素子が室温連続発振可能となる濃度であること
   を特徴とする半導体発光素子。
8. 【請求項８】 請求項７記載の半導体発光素子におい
   て、Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間に中
   間層が設けられており、窒素を含む活性層のＡｌ濃度
   は、中間層のＡｌ濃度と同じか、またはそれ以下である
   ことを特徴とする半導体発光素子。
9. 【請求項９】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
   含む半導体層が設けられている半導体発光素子におい
   て、窒素を含む活性層は、窒素化合物原料を用いて成長
   され、Ａｌを含む半導体層は、有機金属Ａｌ原料を用い
   て成長されており、窒素を含む活性層のＡｌ濃度は２×
   １０¹⁹ｃｍ^-3未満であることを特徴とする半導体発光素
   子。
10. 【請求項１０】 請求項９記載の半導体発光素子におい
    て、Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間に中
    間層が設けられており、窒素を含む活性層のＡｌ濃度
    は、１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であることを特徴とする
    半導体発光素子。
11. 【請求項１１】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌ
    を含む半導体層が設けられている半導体発光素子の製造
    方法において、Ａｌを含む半導体層を成長させてから窒
    素を含む活性層を成長させるまでの結晶成長を大気中に
    取り出さずに行なうことを特徴とする半導体発光素子の
    製造方法。
12. 【請求項１２】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌ
    を含む半導体層が設けられている半導体発光素子の製造
    方法において、基板をサセプターで加熱し、窒素を含む
    活性層を窒素化合物原料を用いて成長し、Ａｌを含む半
    導体層を有機金属Ａｌ原料を用いて成長するようにして
    おり、Ａｌを含む半導体層の成長後と窒素を含む活性層
    の成長開始との間に、成長室内の窒素化合物原料または
    窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所に残留
    したＡｌ原料、または、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合
    物、または、Ａｌを除去する工程を設けたことを特徴と
    する半導体発光素子の製造方法。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載の半導体発光素子の製
    造方法において、Ａｌを含む半導体層の成長後と窒素を
    含む活性層の成長開始との間に、成長室内の窒素化合物
    原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる
    場所に残留したＡｌ原料、または、Ａｌ反応物、また
    は、Ａｌ化合物、または、Ａｌをキャリアガスでパージ
    する工程を設けたことを特徴とする半導体発光素子の製
    造方法。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載の半導体発光素子の製
    造方法において、Ａｌを含む半導体層の成長後と窒素を
    含む活性層の成長開始との間に、中間層を成長しなが
    ら、成長室内の窒素化合物原料または窒素化合物原料中
    に含まれる不純物が触れる場所に残留したＡｌ原料、ま
    たは、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａｌ
    をキャリアガスでパージする工程を設けたことを特徴と
    する半導体発光素子の製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１２記載の半導体発光素子の製
    造方法において、Ａｌを含む半導体層の成長後と窒素を
    含む活性層の成長開始との間に、サセプターを加熱しな
    がら、成長室内の窒素化合物原料または窒素化合物原料
    中に含まれる不純物が触れる場所に残留したＡｌ原料、
    または、Ａｌ反応物、または、Ａｌ化合物、または、Ａ
    ｌをキャリアガスでパージする工程を設けたことを特徴
    とする半導体発光素子の製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１乃至請求項１０のいずれか一
    項に記載の半導体発光素子において、基板と窒素を含む
    活性層との間に、Ａｌを含む半導体層で一部または全部
    が構成された半導体分布ブラッグ反射鏡が設けられてお
    り、光を基板と垂直方向に取り出す面発光型の構造のも
    のとなっていることを特徴とする半導体発光素子。