JP2004165349A - 化合物半導体の結晶成長方法および発光素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な結晶品質の化合物半導体結晶を得ることができる化合物半導体の結晶成長方法を提供する。
【解決手段】本発明の結晶成長方法は、有機金属気相成長法によりＶ族元素中に窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法であって、水素雰囲気中でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長した後に、窒素雰囲気中で前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に熱処理を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の結晶成長方法は、有機金属気相成長法によりＶ族元素中に窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法であって、水素雰囲気中でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長した後に、窒素雰囲気中で前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に熱処理を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体の結晶成長方法および発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
インターネットの普及に伴い、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）と言われるように各家庭内への光ファイバの敷設が進められている。このような家庭内などの非幹線系光通信では、幹線系の光通信（基地局間の光通信）とは異なり、低コスト、低消費電力であることが重視される。そのため、これまで幹線系の光通信で用いられてきた光通信機器をそのまま家庭内などの非幹線系光通信に用いることはできない。
【０００３】
幹線系においては、例えば、発振波長１．３μｍ帯の半導体レーザとして、一般にＩｎＧａＡｓＰを用いた半導体レーザが用いられている。しかし、近年、この半導体レーザに置き換わる安価で消費電力が小さい発光素子として、窒素を原料に含む例えば、ＧａＩｎＮＡｓなどを用いた発振波長１．３μｍ帯の半導体レーザの開発が盛んに行われている。例えば、ＧａＩｎＮＡｓを用いた発振波長１．３μｍ帯の半導体レーザは、安価で消費電力が小さいという利点がある。特に、ＧａＩｎＮＡｓ結晶を用いた１．３μｍ帯半導体レーザは、従来の発光素子の使用に必要であったペルチェ素子などの温度制御素子が不要となることから、現在最も有力な１．３μｍ帯半導体レーザ用材料と考えられている。また、その他の発振波長帯の半導体レーザーの分野においても例えば、ＧａＮなどを用いた短波長帯半導体レーザーなど窒素を構成元素に含む化合物半導体が注目されている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｚ．Ｐａｎ，ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７７，Ｎｏ．９，２８ Ａｕｇｕｓｔ ２０００，ｐ．１２８０−ｐ．１２８２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、良好な結晶品質の化合物半導体結晶を得ることができる化合物半導体の結晶成長方法を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、かかる化合物半導体の結晶成長方法を適用した発光素子の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の化合物半導体の結晶成長方法は、
有機金属気相成長法によりＶ族元素中に窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法であって、
水素雰囲気中でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長した後に、窒素雰囲気中で前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に熱処理を行う。
【０００８】
本発明によれば、キャリアガスを水素としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長した後に、窒素雰囲気中で熱処理を行うことにより、キャリアガスである水素雰囲気中で熱処理を行う場合に比べて、水素による結晶表面への不活性膜の形成や結晶中への水素原子の取り込みによる結晶品質の低下を防止し、熱処理による結晶品質の向上効果をより確かなものとすることができる。
【０００９】
なお、本発明の化合物半導体の結晶成長方法は、以下に示す態様を取り得る。
【００１０】
（Ａ）前記熱処理を、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長するための結晶成長装置の反応室で行うことができる。
【００１１】
かかる態様によれば、外部の熱処理炉を用いる場合のように結晶をいったん外部に取り出す必要が無いため、結晶を大気中にさらすことなく熱処理を行うことができる。
【００１２】
（Ｂ）前記熱処理を、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長する際の基板温度より高い温度で行うことができる。
【００１３】
かかる態様によれば、結晶成長後の結晶に含まれる格子欠陥などを改善して、結晶品質の向上を図ることができる。
【００１４】
また、かかる態様によれば、量子井戸構造を形成する場合など、他の結晶層の成長と連続的に行われるような場合に、他の結晶層の成長温度が本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長温度より高い場合には、かかる他の結晶層の成長温度を利用して熱処理を行うことができる。
【００１５】
（Ｃ）前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｖ族元素中に砒素を含み、前記熱処理を、砒素原料を供給しながら行うことができる。
【００１６】
かかる態様によれば、結晶成長後のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から砒素が抜けて結晶表面が荒れるのを防止しつつ、結晶品質の向上を図ることができる。かかる態様を適用することができるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、例えば、ＧａＩｎＮＡｓやＧａＮＡｓなどを例示することができる。
【００１７】
なお、本発明の化合物半導体の結晶成長方法は、発光素子の製造方法に適用することができる。かかる製造方法においては、前記発光素子として、少なくとも半導体発光ダイオード、面発光型半導体レーザー、およびストライプレーザーのいずれかを形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
１．ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法
［第１の実施形態］
第１の実施形態においては、窒素をＶ族元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてＧａＩｎＮＡｓを結晶成長する場合を例にとり説明する。
【００２０】
１−１．製造装置
以下、本実施の形態に係るＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法に適用されるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置について説明する。図１は、ＭＯＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
【００２１】
ＭＯＣＶＤ装置１００は、反応室１０と、第１〜第４原料室２０，２２，２４，２６とを有する。反応室１０の周囲には、反応室１０内の基板５０の温度を制御するためのヒーター４０が設けられている。第１〜第４原料室２０，２２，２４，２６のそれぞれと、反応室１０とは、ガス供給ライン３０により接続されている。ＭＯＣＶＤ装置１００は、ガス供給ライン３０に主としてキャリアガスたる水素（Ｈ２）ガスが供給されているが、必要に応じて、窒素（Ｎ２）ガスを供給可能に形成されている。
【００２２】
第１原料室２０には、ガリウム原料２０ａが充填されている。ガリウム原料２０ａとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を挙げることができる。
【００２３】
第２原料室２２には、インジウム原料２２ａが充填されている。インジウム原料２２ａとしては、例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）を挙げることができる。
【００２４】
第３原料室２４には、窒素原料２４ａが充填されている。窒素原料２４ａとしては、例えば、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨｙ）を挙げることができる。
【００２５】
第４原料室２６には、砒素原料２６ａが充填されている。砒素原料２６ａとしては、例えば、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡｓ）を挙げることができる。
【００２６】
また、必要に応じて、砒素原料としてのアルシン（ＡｓＨ３）ガスが充填された第５原料室２８を設けてもよい。
【００２７】
１−２． ＧａＩｎＮＡｓ層の形成方法
第１〜第４原料室２０，２２，２４，２６に充填されている原料２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａは、それぞれ、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）によりバブリングされ、反応室１０に輸送される。そして、それぞれの原料２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａは、反応室１０において熱分解され、基板（例えばＧａＡｓ基板）５０上に堆積し、図２に示すようにＧａＩｎＮＡｓ層６０が形成される。なお、ＧａＩｎＮＡｓの組成比は、一般に、Ｇａ１−ｘＩｎｘＮｙＡｓ１−ｙで表される。
【００２８】
ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長の際、供給される原料において、ＩＩＩ族（Ｇａ、Ｉｎ）の原子数に対するＶ族（Ｎ、Ａｓ）の原子数の比Ｖ族／ＩＩＩ族）は、例えば、１〜２００であることができる。また、ＶＮ／ＶＡｓ比は、１〜１０００であることができる。ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長時の基板温度は、例えば、４００〜６００℃である。また、反応室１０内の圧力は、例えば、１０〜２００ｈＰａ（１０ｍｂａｒ〜２００ｍｂａｒ）であることができる。
【００２９】
なお、ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長の際、第５の原料室２８に充填されたアルシンガスを、キャリアガスの窒素により反応室１０に導入してもよい。
【００３０】
ここで、本実施の形態の結晶成長方法では、上記ようにＧａＩｎＮＡｓを結晶成長させた後に、ガス供給ライン３０に流れるキャリアガスを水素ガスから窒素ガスに切り替える。これにより、反応室１０内の雰囲気は、水素雰囲気から窒素雰囲気に置き換わる。そして、反応室１０に基板５０を装填したまま、ヒーター４０を用いて結晶の成長温度より高い温度で熱処理（アニール）を行い、結晶品質の改善を行う。このように、本実施の形態では、反応室１０内で熱処理を行うため、外部の熱処理炉を用いる場合のように結晶をいったん外部に取り出す必要が無く、結晶を大気中にさらすことなく熱処理を行うことができる。
【００３１】
かかる熱処理においては、水素雰囲気中で行うことも考えられる。しかし、この場合、水素がＧａＩｎＮＡｓの結晶内にとり込まれ、ＧａＩｎＮＡｓの結晶品質が劣化してしまうおそれがある。また、かかる場合、水素によりＧａＩｎＮＡｓの結晶表面に不活性膜が形成されるおそれもあり、ＧａＩｎＮＡｓ結晶の上にさらに他の結晶層を形成する際に、各層の界面状態に望ましからぬ影響を与えるおそれがある。
【００３２】
一方、本実施の形態に係る手法では、窒素雰囲気中で熱処理を行うことにより、水素雰囲気中で熱処理を行った場合のように結晶品質に望ましからぬ影響を与えるおそれがない。その結果、ＧａＩｎＮＡｓ結晶の品質を例えば、単に結晶成長のみを行った場合や水素雰囲気中で熱処理を行った場合に比べて向上させることができる。
【００３３】
なお、かかる熱処理においては、ＧａＩｎＮＡｓ結晶中のＡｓが熱処理によって抜けることがないように、砒素原料（ＴＢＡｓまたはＡｓＨ３）をガス供給ライン３０を通じて窒素ガスとともに供給しておくことが好ましい。これにより、熱処理による結晶品質の向上効果をより確実に奏することができる。
【００３４】
また、上記熱処理では、熱処理温度を例えば、５００℃以上、より好ましくは６００〜８００℃とすることができる。また、熱処理の時間は、例えば、１０分間〜１時間程度とすることができる。また、熱処理中の窒素ガスや砒素原料ガスの流量や流速、反応室内の圧力を適宜設定または制御することで、さらなる結晶品質の向上が可能である。
【００３５】
以上、第１の実施形態では、ＧａＩｎＮＡｓを結晶成長する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、窒素を構成元素に含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長に適用することができる。このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、例えば、ＧａＮＡｓなどが挙げられる。
【００３６】
２．発光素子の製造方法
以下、第２の実施の形態に係る発光素子の製造方法を説明する。なお、発光素子として、ストライプレーザーおよび面発光型レーザを例にとり説明する。
【００３７】
２−１． ストライプレーザーの製造方法
以下、実施の形態に係るストライプレーザーの製造方法について説明する。図３は、実施の形態に係るストライプレーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【００３８】
まず、図３（Ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２１０上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、ｎ型バッファ層２２０、ｎ型クラッド層２２２およびバリア層２２４を順次積層する。
【００３９】
ｎ型バッファ層２２０は、例えば、シリコンがドープされたｎ型ＧａＡｓからなる。ｎ型クラッド層２２２は、例えば、シリコンがドープされたｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる。ｎ型クラッド層２２２の厚さは、例えば、１５００ｎｍとすることができる。バリア層２２４は、例えば、ＧａＡｓからなる。バリア層２２４の厚さは、例えば、１００ｎｍとすることができる。
【００４０】
なお、ｎ型バッファ層２２０、ｎ型クラッド層２２２およびバリア層２２４のそれぞれは、その層を構成する原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成することができる。この場合において、基板温度を例えば５００〜８００℃とし、反応室の圧力は、例えば、１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。アルミニウム原料は、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡａ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡａ）を用いることができる。シリコン原料は、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、モノシラン（ＳｉＨ４）を用いることができる。ガリウム原料および砒素原料は、第１の実施の形態で示したものを挙げることができる。
【００４１】
次に、井戸層としてのＧａＩｎＮＡｓ層２３０を形成する。ＧａＩｎＮＡｓ層２３０の組成比は、例えば、Ｇａ０．６５Ｉｎ０．３５Ｎ０．０１Ａｓ０．９９とすることができる。ＧａＩｎＮＡｓ層２３０は、第１の実施形態に係るＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法により形成することができる。ＧａＩｎＮＡｓ層２３０の厚さは、例えば、１０ｎｍとすることができる。
【００４２】
次に、ＧａＩｎＮＡｓ層２３０の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、バリア層２４０、ｐ型クラッド層２４２およびｐ型コンタクト層２４４を順次積層する。
【００４３】
バリア層２４０は、例えば、ＧａＡｓからなる。バリア層２４０の厚さは、例えば１００ｎｍとすることができる。ｐ型クラッド層２４２は、例えば、Ｚｎがドープされたｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる。ｐ型クラッド層２４２の厚さは、例えば１５００ｎｍとすることができる。ｐ型コンタクト層２４４は、例えば、ＺｎがドープされたＧａＡｓからなる。ｐ型コンタクト層２４４の厚さは、例えば、５０ｎｍとすることができる。
【００４４】
なお、バリア層２４０、ｐ型クラッド層２４２およびｐ型コンタクト層２４４のそれぞれは、その層を構成する原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成することができる。この場合、基板温度を例えば５００〜８００℃とし、反応室の圧力は１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。ドープ材料としての亜鉛原料は、例えば、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いることができる。アルミニウム原料、ガリウム原料および砒素原料は、上記で例示したものを挙げることができる。
【００４５】
次に、図３（Ｂ）に示すように、ｐ型コンタクト層２４４の上に、公知の方法により、絶縁層２５０を形成する。絶縁層２５０は、ストライプ状の貫通孔２５２を有する。貫通孔２５２の幅は、例えば、５μｍとすることができる。絶縁層２５０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成することができる。
【００４６】
次に、ｐ型コンタクト層２４４および絶縁層２５０の上に、蒸着法により、金属膜からなるｐ電極２６０を形成する。ｐ電極は、例えば、Ｃｒ膜、ＡｕＺｎ膜、Ａｕ膜が順次積層された構造を採用することができる。
【００４７】
次に、ｎ型ＧａＡｓ基板２１０の裏面を、例えば、１００μｍの厚さにまで研磨する。次に、ｎ型ＧａＡｓ基板２１０の裏面に、蒸着法により、金属膜からなるｎ電極２６２を形成する。ｎ電極２６２は、例えば、Ｃｒ膜、ＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜が積層された構造を採用することができる。こうして、ストライプレーザー２００を形成することができる。
【００４８】
以上に説明したストライプレーザー２００の製造方法は、次の効果を有する。
【００４９】
このストライプレーザー２００のＧａＩｎＮＡｓ層２３０は、第１の実施の形態のＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法により形成されている。このため、結晶品質が向上したＧａＩｎＮＡｓ層２３０を形成することができる。その結果、優れた特性のストライプレーザー２００を製造することができる。
【００５０】
また、かかるストライプレーザー２００の層構造のように、ＧａＩｎＮＡｓ層の上に、ＧａＩｎＮＡｓの成長温度（５００℃〜５５０℃）よりも成長温度の高い結晶層を形成する場合には、かかる他の結晶層を形成するために行う基板温度の昇温過程を利用して熱処理を行うことができる。
【００５１】
２−２． 面発光型半導体レーザの製造方法
以下、実施の形態に係る面発光半導体レーザ（以下「面発光レーザー」という）の製造方法について説明する。図４および図５は、実施の形態に係る面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【００５２】
まず、図４（Ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３１０上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、バッファ層３２０、ｎ型下部ＤＢＲミラー３２２、ｎ型クラッド層３２４およびバリア層３２６を順次積層する。
【００５３】
バッファ層３２０は、例えば、シリコンがドープされたＧａＡｓからなることができる。ｎ型下部ＤＢＲミラー３２２は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ層と、ｎ型ＡｌＡｓ層とが交互に積層された３５ペアの分布反射型多層膜ミラーからなることができる。ｎ型ＧａＡｓ層およびｎ型ＡｌＡｓ層のそれぞれの厚さは、面発光レーザーの発振波長の１／４に相当する厚さとすることができる。ｎ型クラッド層は、例えば、シリコンがドープされたＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなることができる。バリア層は、例えば、ＧａＡｓからなることができる。
【００５４】
なお、バッファ層３２０、ｎ型下部ＤＢＲミラー３２２、ｎ型クラッド層３２４およびバリア層３２６のそれぞれは、その層を構成する原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成することができる。この場合、基板温度を例えば５００〜８００℃とし、反応室の圧力は、例えば、１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。なお、ガリウム原料および砒素原料は、第１の実施の形態で示したものを適用することができる。アルミニウムの原料およびシリコンの原料は、ストライプレーザーの製造方法で示したものを挙げることができる。
【００５５】
次に、井戸層としてのＧａＩｎＮＡｓ層３３０を形成する。ＧａＩｎＮＡｓ層３３０の組成比は、Ｇａ０．６５Ｉｎ０．３５Ｎ０．０１Ａｓ０．９９であることができる。ＧａＩｎＮＡｓ層３３０は、第１の実施形態に係るＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法により形成することができる。ＧａＩｎＮＡｓ層３３０の厚さは、例えば、１０ｎｍとすることができる。
【００５６】
次に、ＧａＩｎＮＡｓ層３３０の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、バリア層３４０、ｐ型クラッド層３４２、ｐ型上部ＤＢＲミラー３４４およびｐ型コンタクト層３４６を順次積層する。
【００５７】
バリア層３４０は、例えば、ＧａＡｓからなることができる。ｐ型クラッド層３４２は、例えば、亜鉛がドープされたｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなることができる。ｐ型上部ＤＢＲミラー３４４は、例えば、ｐ型ＧａＡｓ層とｐ型ＡｌＡｓ層とが交互に積層された２３ペアの分布反射方多層膜ミラーからなることができる。ｐ型ＧａＡｓ層およびｐ型ＡｌＡｓ層のそれぞれの厚さは、面発光レーザーの発振波長の１／４に相当する厚さとすることができる。ｐ型コンタクト層３４６は、例えば、亜鉛がドープされたｐ型ＧａＡｓからなることができる。ｐ型コンタクト層３４６の厚さは、例えば、５０ｎｍとすることができる。
【００５８】
なお、バッファ層３４０、ｐ型クラッド層３４２、ｐ型下部ＤＢＲミラー３４４およびｐ型コンタクト層３４６のそれぞれは、その層の構成原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成することができる。この場合、基板温度を例えば５００〜８００℃とし、反応室の圧力は、例えば、１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。なお、ガリウム原料および砒素原料は、第１の実施の形態で示したものを適用することができる。アルミニウムの原料および亜鉛の原料は、ストライプレーザーの製造方法で示したものを挙げることができる。
【００５９】
次に、図４（Ｂ）に示すように、リソグラフィおよびエッチング技術により、ｐ型コンタクト層３４６およびｐ型ＤＢＲミラー３４４をパターニングして柱状部３７２を形成する。これにより、面発光レーザーの共振器３７０が形成される。次に、図５に示すように、柱状部３７２の周囲に、絶縁層（例えばポリイミド層）３５０を形成する。具体的には、ポリイミドを塗布し、硬化させた後、平坦化することにより、絶縁層３５０を形成することができる。
【００６０】
次に、柱状部３７２および絶縁層３５０の上に、公知の方法により、第１電極３６０を形成する。第１電極は、ストライプレーザーにおけるｐ電極２６０と同様の金属膜からなることができる。次に、ｎ型ＧａＡｓ基板３１０の裏面に、公知の方法により、第２電極３６２を形成する。第２電極３６２は、ストライプレーザーにおけるｎ電極２６２と同様の金属膜からなることができる。こうして、面発光レーザー３００を形成することができる。
【００６１】
以上に説明した面発光レーザー３００の製造方法は、次の効果を有する。
【００６２】
この面発光レーザー３００のＧａＩｎＮＡｓ層３３０は、第１の実施の形態のＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法により形成されている。このため、結晶品質が向上したＧａＩｎＮＡｓ層３３０を形成することができる。その結果、優れた特性の面発光レーザー３００を製造することができる。
【００６３】
また、かかる面発光レーザー３００の層構造のように、ＧａＩｎＮＡｓ層の上に、ＧａＩｎＮＡｓの成長温度（５００℃〜５５０℃）よりも成長温度の高い結晶層を形成する場合には、かかる他の結晶層を形成するために行う基板温度の昇温過程を利用して熱処理を行うことができる。
【００６４】
また、ＧａＩｎＮＡｓ層３３０により構成される面発光レーザー３００によれば、長波長帯域（例えば１３００〜１５５０ｎｍ）のレーザを実現することができる。
【００６５】
以上に、本発明に好適な実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の態様を取り得る。
【００６６】
例えば、第２の実施形態では、発光素子として、ストライプレーザーおよび面発光レーザーを形成する場合を例に取り説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、活性層に少なくとも窒素を構成元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光ダイオードの製造方法などにも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＯＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
【図２】ＧａＩｎＮＡｓ層の形成工程を模式的に示す断面図である。
【図３】ストライプレーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 反応室、２０ 第１原料室、２２ 第２原料室、２４ 第３原料室、２６第４原料室、２８ 第５原料室、３０ ガス供給ライン、４０ ヒーター、５０ 基板、６０ ＧａＩｎＮＡｓ層、１００ ＭＯＣＶＤ装置、２００ ストライプレーザー、３００ 面発光レーザー
【発明の属する技術分野】
本発明は、化合物半導体の結晶成長方法および発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
インターネットの普及に伴い、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）と言われるように各家庭内への光ファイバの敷設が進められている。このような家庭内などの非幹線系光通信では、幹線系の光通信（基地局間の光通信）とは異なり、低コスト、低消費電力であることが重視される。そのため、これまで幹線系の光通信で用いられてきた光通信機器をそのまま家庭内などの非幹線系光通信に用いることはできない。
【０００３】
幹線系においては、例えば、発振波長１．３μｍ帯の半導体レーザとして、一般にＩｎＧａＡｓＰを用いた半導体レーザが用いられている。しかし、近年、この半導体レーザに置き換わる安価で消費電力が小さい発光素子として、窒素を原料に含む例えば、ＧａＩｎＮＡｓなどを用いた発振波長１．３μｍ帯の半導体レーザの開発が盛んに行われている。例えば、ＧａＩｎＮＡｓを用いた発振波長１．３μｍ帯の半導体レーザは、安価で消費電力が小さいという利点がある。特に、ＧａＩｎＮＡｓ結晶を用いた１．３μｍ帯半導体レーザは、従来の発光素子の使用に必要であったペルチェ素子などの温度制御素子が不要となることから、現在最も有力な１．３μｍ帯半導体レーザ用材料と考えられている。また、その他の発振波長帯の半導体レーザーの分野においても例えば、ＧａＮなどを用いた短波長帯半導体レーザーなど窒素を構成元素に含む化合物半導体が注目されている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｚ．Ｐａｎ，ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７７，Ｎｏ．９，２８ Ａｕｇｕｓｔ ２０００，ｐ．１２８０−ｐ．１２８２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、良好な結晶品質の化合物半導体結晶を得ることができる化合物半導体の結晶成長方法を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、かかる化合物半導体の結晶成長方法を適用した発光素子の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の化合物半導体の結晶成長方法は、
有機金属気相成長法によりＶ族元素中に窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法であって、
水素雰囲気中でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長した後に、窒素雰囲気中で前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に熱処理を行う。
【０００８】
本発明によれば、キャリアガスを水素としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長した後に、窒素雰囲気中で熱処理を行うことにより、キャリアガスである水素雰囲気中で熱処理を行う場合に比べて、水素による結晶表面への不活性膜の形成や結晶中への水素原子の取り込みによる結晶品質の低下を防止し、熱処理による結晶品質の向上効果をより確かなものとすることができる。
【０００９】
なお、本発明の化合物半導体の結晶成長方法は、以下に示す態様を取り得る。
【００１０】
（Ａ）前記熱処理を、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長するための結晶成長装置の反応室で行うことができる。
【００１１】
かかる態様によれば、外部の熱処理炉を用いる場合のように結晶をいったん外部に取り出す必要が無いため、結晶を大気中にさらすことなく熱処理を行うことができる。
【００１２】
（Ｂ）前記熱処理を、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長する際の基板温度より高い温度で行うことができる。
【００１３】
かかる態様によれば、結晶成長後の結晶に含まれる格子欠陥などを改善して、結晶品質の向上を図ることができる。
【００１４】
また、かかる態様によれば、量子井戸構造を形成する場合など、他の結晶層の成長と連続的に行われるような場合に、他の結晶層の成長温度が本発明のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長温度より高い場合には、かかる他の結晶層の成長温度を利用して熱処理を行うことができる。
【００１５】
（Ｃ）前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｖ族元素中に砒素を含み、前記熱処理を、砒素原料を供給しながら行うことができる。
【００１６】
かかる態様によれば、結晶成長後のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から砒素が抜けて結晶表面が荒れるのを防止しつつ、結晶品質の向上を図ることができる。かかる態様を適用することができるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、例えば、ＧａＩｎＮＡｓやＧａＮＡｓなどを例示することができる。
【００１７】
なお、本発明の化合物半導体の結晶成長方法は、発光素子の製造方法に適用することができる。かかる製造方法においては、前記発光素子として、少なくとも半導体発光ダイオード、面発光型半導体レーザー、およびストライプレーザーのいずれかを形成することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
１．ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法
［第１の実施形態］
第１の実施形態においては、窒素をＶ族元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてＧａＩｎＮＡｓを結晶成長する場合を例にとり説明する。
【００２０】
１−１．製造装置
以下、本実施の形態に係るＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法に適用されるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置について説明する。図１は、ＭＯＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
【００２１】
ＭＯＣＶＤ装置１００は、反応室１０と、第１〜第４原料室２０，２２，２４，２６とを有する。反応室１０の周囲には、反応室１０内の基板５０の温度を制御するためのヒーター４０が設けられている。第１〜第４原料室２０，２２，２４，２６のそれぞれと、反応室１０とは、ガス供給ライン３０により接続されている。ＭＯＣＶＤ装置１００は、ガス供給ライン３０に主としてキャリアガスたる水素（Ｈ２）ガスが供給されているが、必要に応じて、窒素（Ｎ２）ガスを供給可能に形成されている。
【００２２】
第１原料室２０には、ガリウム原料２０ａが充填されている。ガリウム原料２０ａとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を挙げることができる。
【００２３】
第２原料室２２には、インジウム原料２２ａが充填されている。インジウム原料２２ａとしては、例えば、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）を挙げることができる。
【００２４】
第３原料室２４には、窒素原料２４ａが充填されている。窒素原料２４ａとしては、例えば、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨｙ）を挙げることができる。
【００２５】
第４原料室２６には、砒素原料２６ａが充填されている。砒素原料２６ａとしては、例えば、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡｓ）を挙げることができる。
【００２６】
また、必要に応じて、砒素原料としてのアルシン（ＡｓＨ３）ガスが充填された第５原料室２８を設けてもよい。
【００２７】
１−２． ＧａＩｎＮＡｓ層の形成方法
第１〜第４原料室２０，２２，２４，２６に充填されている原料２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａは、それぞれ、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）によりバブリングされ、反応室１０に輸送される。そして、それぞれの原料２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａは、反応室１０において熱分解され、基板（例えばＧａＡｓ基板）５０上に堆積し、図２に示すようにＧａＩｎＮＡｓ層６０が形成される。なお、ＧａＩｎＮＡｓの組成比は、一般に、Ｇａ１−ｘＩｎｘＮｙＡｓ１−ｙで表される。
【００２８】
ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長の際、供給される原料において、ＩＩＩ族（Ｇａ、Ｉｎ）の原子数に対するＶ族（Ｎ、Ａｓ）の原子数の比Ｖ族／ＩＩＩ族）は、例えば、１〜２００であることができる。また、ＶＮ／ＶＡｓ比は、１〜１０００であることができる。ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長時の基板温度は、例えば、４００〜６００℃である。また、反応室１０内の圧力は、例えば、１０〜２００ｈＰａ（１０ｍｂａｒ〜２００ｍｂａｒ）であることができる。
【００２９】
なお、ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長の際、第５の原料室２８に充填されたアルシンガスを、キャリアガスの窒素により反応室１０に導入してもよい。
【００３０】
ここで、本実施の形態の結晶成長方法では、上記ようにＧａＩｎＮＡｓを結晶成長させた後に、ガス供給ライン３０に流れるキャリアガスを水素ガスから窒素ガスに切り替える。これにより、反応室１０内の雰囲気は、水素雰囲気から窒素雰囲気に置き換わる。そして、反応室１０に基板５０を装填したまま、ヒーター４０を用いて結晶の成長温度より高い温度で熱処理（アニール）を行い、結晶品質の改善を行う。このように、本実施の形態では、反応室１０内で熱処理を行うため、外部の熱処理炉を用いる場合のように結晶をいったん外部に取り出す必要が無く、結晶を大気中にさらすことなく熱処理を行うことができる。
【００３１】
かかる熱処理においては、水素雰囲気中で行うことも考えられる。しかし、この場合、水素がＧａＩｎＮＡｓの結晶内にとり込まれ、ＧａＩｎＮＡｓの結晶品質が劣化してしまうおそれがある。また、かかる場合、水素によりＧａＩｎＮＡｓの結晶表面に不活性膜が形成されるおそれもあり、ＧａＩｎＮＡｓ結晶の上にさらに他の結晶層を形成する際に、各層の界面状態に望ましからぬ影響を与えるおそれがある。
【００３２】
一方、本実施の形態に係る手法では、窒素雰囲気中で熱処理を行うことにより、水素雰囲気中で熱処理を行った場合のように結晶品質に望ましからぬ影響を与えるおそれがない。その結果、ＧａＩｎＮＡｓ結晶の品質を例えば、単に結晶成長のみを行った場合や水素雰囲気中で熱処理を行った場合に比べて向上させることができる。
【００３３】
なお、かかる熱処理においては、ＧａＩｎＮＡｓ結晶中のＡｓが熱処理によって抜けることがないように、砒素原料（ＴＢＡｓまたはＡｓＨ３）をガス供給ライン３０を通じて窒素ガスとともに供給しておくことが好ましい。これにより、熱処理による結晶品質の向上効果をより確実に奏することができる。
【００３４】
また、上記熱処理では、熱処理温度を例えば、５００℃以上、より好ましくは６００〜８００℃とすることができる。また、熱処理の時間は、例えば、１０分間〜１時間程度とすることができる。また、熱処理中の窒素ガスや砒素原料ガスの流量や流速、反応室内の圧力を適宜設定または制御することで、さらなる結晶品質の向上が可能である。
【００３５】
以上、第１の実施形態では、ＧａＩｎＮＡｓを結晶成長する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、窒素を構成元素に含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長に適用することができる。このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、例えば、ＧａＮＡｓなどが挙げられる。
【００３６】
２．発光素子の製造方法
以下、第２の実施の形態に係る発光素子の製造方法を説明する。なお、発光素子として、ストライプレーザーおよび面発光型レーザを例にとり説明する。
【００３７】
２−１． ストライプレーザーの製造方法
以下、実施の形態に係るストライプレーザーの製造方法について説明する。図３は、実施の形態に係るストライプレーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【００３８】
まず、図３（Ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２１０上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、ｎ型バッファ層２２０、ｎ型クラッド層２２２およびバリア層２２４を順次積層する。
【００３９】
ｎ型バッファ層２２０は、例えば、シリコンがドープされたｎ型ＧａＡｓからなる。ｎ型クラッド層２２２は、例えば、シリコンがドープされたｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる。ｎ型クラッド層２２２の厚さは、例えば、１５００ｎｍとすることができる。バリア層２２４は、例えば、ＧａＡｓからなる。バリア層２２４の厚さは、例えば、１００ｎｍとすることができる。
【００４０】
なお、ｎ型バッファ層２２０、ｎ型クラッド層２２２およびバリア層２２４のそれぞれは、その層を構成する原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成することができる。この場合において、基板温度を例えば５００〜８００℃とし、反応室の圧力は、例えば、１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。アルミニウム原料は、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡａ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡａ）を用いることができる。シリコン原料は、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、モノシラン（ＳｉＨ４）を用いることができる。ガリウム原料および砒素原料は、第１の実施の形態で示したものを挙げることができる。
【００４１】
次に、井戸層としてのＧａＩｎＮＡｓ層２３０を形成する。ＧａＩｎＮＡｓ層２３０の組成比は、例えば、Ｇａ０．６５Ｉｎ０．３５Ｎ０．０１Ａｓ０．９９とすることができる。ＧａＩｎＮＡｓ層２３０は、第１の実施形態に係るＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法により形成することができる。ＧａＩｎＮＡｓ層２３０の厚さは、例えば、１０ｎｍとすることができる。
【００４２】
次に、ＧａＩｎＮＡｓ層２３０の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、バリア層２４０、ｐ型クラッド層２４２およびｐ型コンタクト層２４４を順次積層する。
【００４３】
バリア層２４０は、例えば、ＧａＡｓからなる。バリア層２４０の厚さは、例えば１００ｎｍとすることができる。ｐ型クラッド層２４２は、例えば、Ｚｎがドープされたｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる。ｐ型クラッド層２４２の厚さは、例えば１５００ｎｍとすることができる。ｐ型コンタクト層２４４は、例えば、ＺｎがドープされたＧａＡｓからなる。ｐ型コンタクト層２４４の厚さは、例えば、５０ｎｍとすることができる。
【００４４】
なお、バリア層２４０、ｐ型クラッド層２４２およびｐ型コンタクト層２４４のそれぞれは、その層を構成する原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成することができる。この場合、基板温度を例えば５００〜８００℃とし、反応室の圧力は１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。ドープ材料としての亜鉛原料は、例えば、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いることができる。アルミニウム原料、ガリウム原料および砒素原料は、上記で例示したものを挙げることができる。
【００４５】
次に、図３（Ｂ）に示すように、ｐ型コンタクト層２４４の上に、公知の方法により、絶縁層２５０を形成する。絶縁層２５０は、ストライプ状の貫通孔２５２を有する。貫通孔２５２の幅は、例えば、５μｍとすることができる。絶縁層２５０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成することができる。
【００４６】
次に、ｐ型コンタクト層２４４および絶縁層２５０の上に、蒸着法により、金属膜からなるｐ電極２６０を形成する。ｐ電極は、例えば、Ｃｒ膜、ＡｕＺｎ膜、Ａｕ膜が順次積層された構造を採用することができる。
【００４７】
次に、ｎ型ＧａＡｓ基板２１０の裏面を、例えば、１００μｍの厚さにまで研磨する。次に、ｎ型ＧａＡｓ基板２１０の裏面に、蒸着法により、金属膜からなるｎ電極２６２を形成する。ｎ電極２６２は、例えば、Ｃｒ膜、ＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜が積層された構造を採用することができる。こうして、ストライプレーザー２００を形成することができる。
【００４８】
以上に説明したストライプレーザー２００の製造方法は、次の効果を有する。
【００４９】
このストライプレーザー２００のＧａＩｎＮＡｓ層２３０は、第１の実施の形態のＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法により形成されている。このため、結晶品質が向上したＧａＩｎＮＡｓ層２３０を形成することができる。その結果、優れた特性のストライプレーザー２００を製造することができる。
【００５０】
また、かかるストライプレーザー２００の層構造のように、ＧａＩｎＮＡｓ層の上に、ＧａＩｎＮＡｓの成長温度（５００℃〜５５０℃）よりも成長温度の高い結晶層を形成する場合には、かかる他の結晶層を形成するために行う基板温度の昇温過程を利用して熱処理を行うことができる。
【００５１】
２−２． 面発光型半導体レーザの製造方法
以下、実施の形態に係る面発光半導体レーザ（以下「面発光レーザー」という）の製造方法について説明する。図４および図５は、実施の形態に係る面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【００５２】
まず、図４（Ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３１０上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、バッファ層３２０、ｎ型下部ＤＢＲミラー３２２、ｎ型クラッド層３２４およびバリア層３２６を順次積層する。
【００５３】
バッファ層３２０は、例えば、シリコンがドープされたＧａＡｓからなることができる。ｎ型下部ＤＢＲミラー３２２は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ層と、ｎ型ＡｌＡｓ層とが交互に積層された３５ペアの分布反射型多層膜ミラーからなることができる。ｎ型ＧａＡｓ層およびｎ型ＡｌＡｓ層のそれぞれの厚さは、面発光レーザーの発振波長の１／４に相当する厚さとすることができる。ｎ型クラッド層は、例えば、シリコンがドープされたＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなることができる。バリア層は、例えば、ＧａＡｓからなることができる。
【００５４】
なお、バッファ層３２０、ｎ型下部ＤＢＲミラー３２２、ｎ型クラッド層３２４およびバリア層３２６のそれぞれは、その層を構成する原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成することができる。この場合、基板温度を例えば５００〜８００℃とし、反応室の圧力は、例えば、１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。なお、ガリウム原料および砒素原料は、第１の実施の形態で示したものを適用することができる。アルミニウムの原料およびシリコンの原料は、ストライプレーザーの製造方法で示したものを挙げることができる。
【００５５】
次に、井戸層としてのＧａＩｎＮＡｓ層３３０を形成する。ＧａＩｎＮＡｓ層３３０の組成比は、Ｇａ０．６５Ｉｎ０．３５Ｎ０．０１Ａｓ０．９９であることができる。ＧａＩｎＮＡｓ層３３０は、第１の実施形態に係るＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法により形成することができる。ＧａＩｎＮＡｓ層３３０の厚さは、例えば、１０ｎｍとすることができる。
【００５６】
次に、ＧａＩｎＮＡｓ層３３０の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、バリア層３４０、ｐ型クラッド層３４２、ｐ型上部ＤＢＲミラー３４４およびｐ型コンタクト層３４６を順次積層する。
【００５７】
バリア層３４０は、例えば、ＧａＡｓからなることができる。ｐ型クラッド層３４２は、例えば、亜鉛がドープされたｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなることができる。ｐ型上部ＤＢＲミラー３４４は、例えば、ｐ型ＧａＡｓ層とｐ型ＡｌＡｓ層とが交互に積層された２３ペアの分布反射方多層膜ミラーからなることができる。ｐ型ＧａＡｓ層およびｐ型ＡｌＡｓ層のそれぞれの厚さは、面発光レーザーの発振波長の１／４に相当する厚さとすることができる。ｐ型コンタクト層３４６は、例えば、亜鉛がドープされたｐ型ＧａＡｓからなることができる。ｐ型コンタクト層３４６の厚さは、例えば、５０ｎｍとすることができる。
【００５８】
なお、バッファ層３４０、ｐ型クラッド層３４２、ｐ型下部ＤＢＲミラー３４４およびｐ型コンタクト層３４６のそれぞれは、その層の構成原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成することができる。この場合、基板温度を例えば５００〜８００℃とし、反応室の圧力は、例えば、１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。なお、ガリウム原料および砒素原料は、第１の実施の形態で示したものを適用することができる。アルミニウムの原料および亜鉛の原料は、ストライプレーザーの製造方法で示したものを挙げることができる。
【００５９】
次に、図４（Ｂ）に示すように、リソグラフィおよびエッチング技術により、ｐ型コンタクト層３４６およびｐ型ＤＢＲミラー３４４をパターニングして柱状部３７２を形成する。これにより、面発光レーザーの共振器３７０が形成される。次に、図５に示すように、柱状部３７２の周囲に、絶縁層（例えばポリイミド層）３５０を形成する。具体的には、ポリイミドを塗布し、硬化させた後、平坦化することにより、絶縁層３５０を形成することができる。
【００６０】
次に、柱状部３７２および絶縁層３５０の上に、公知の方法により、第１電極３６０を形成する。第１電極は、ストライプレーザーにおけるｐ電極２６０と同様の金属膜からなることができる。次に、ｎ型ＧａＡｓ基板３１０の裏面に、公知の方法により、第２電極３６２を形成する。第２電極３６２は、ストライプレーザーにおけるｎ電極２６２と同様の金属膜からなることができる。こうして、面発光レーザー３００を形成することができる。
【００６１】
以上に説明した面発光レーザー３００の製造方法は、次の効果を有する。
【００６２】
この面発光レーザー３００のＧａＩｎＮＡｓ層３３０は、第１の実施の形態のＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法により形成されている。このため、結晶品質が向上したＧａＩｎＮＡｓ層３３０を形成することができる。その結果、優れた特性の面発光レーザー３００を製造することができる。
【００６３】
また、かかる面発光レーザー３００の層構造のように、ＧａＩｎＮＡｓ層の上に、ＧａＩｎＮＡｓの成長温度（５００℃〜５５０℃）よりも成長温度の高い結晶層を形成する場合には、かかる他の結晶層を形成するために行う基板温度の昇温過程を利用して熱処理を行うことができる。
【００６４】
また、ＧａＩｎＮＡｓ層３３０により構成される面発光レーザー３００によれば、長波長帯域（例えば１３００〜１５５０ｎｍ）のレーザを実現することができる。
【００６５】
以上に、本発明に好適な実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の態様を取り得る。
【００６６】
例えば、第２の実施形態では、発光素子として、ストライプレーザーおよび面発光レーザーを形成する場合を例に取り説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、活性層に少なくとも窒素を構成元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた発光ダイオードの製造方法などにも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＯＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
【図２】ＧａＩｎＮＡｓ層の形成工程を模式的に示す断面図である。
【図３】ストライプレーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図４】面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図５】面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 反応室、２０ 第１原料室、２２ 第２原料室、２４ 第３原料室、２６第４原料室、２８ 第５原料室、３０ ガス供給ライン、４０ ヒーター、５０ 基板、６０ ＧａＩｎＮＡｓ層、１００ ＭＯＣＶＤ装置、２００ ストライプレーザー、３００ 面発光レーザー
Claims (6)
- 有機金属気相成長法によりＶ族元素中に窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法であって、
水素雰囲気中でＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長した後に、窒素雰囲気中で前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に熱処理を行う、化合物半導体の結晶成長方法。 - 請求項１において、
前記熱処理は、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長するための結晶成長装置の反応室で行われる、化合物半導体の結晶成長方法。 - 請求項１または２において、
前記熱処理は、前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長する際の基板温度より高い温度で行われる、化合物半導体の結晶成長方法。 - 請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｖ族元素中に砒素を含み、
前記熱処理は、砒素原料を供給しながら行われる、化合物半導体の結晶成長方法。 - 請求項１〜４のいずれかに記載の化合物半導体の結晶成長方法を含む、発光素子の製造方法。
- 請求項５において、
前記発光素子は、少なくとも半導体発光ダイオード、面発光型半導体レーザー、およびストライプレーザーのいずれかである、発光素子の製造方法。
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