(57)【要約】【課題】簡易な方法で不純物の不活性化を抑制することの可能な半導体層の製造方法、不純物の不活性化が抑制された半導体層、簡易な方法で不純物の不活性化を抑制することの可能な半導体レーザの製造方法、および不純物の不活性化が抑制された半導体層を備えた半導体レーザを提供する。【解決手段】上部ＤＢＲ層を形成したのち、結晶成長を完了した段階（時刻ｔ1）で、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＤＭＺの供給を停止すると共に、プロセス温度の降下を開始する。ＡｓＨ3については、プロセス温度が５００℃以上となっている時に供給を停止する。このとき、ＡｓＨ3に代わる新たなガス、例えば、有機Ａｓや窒素などを別途供給しない。【選択図】図５
2010251458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｓＨ3を用いたエピタキシャル成長により半導体層を形成したのち、プロセス温度が５００℃以上となっている時に、新たなガスを別途供給せずに、ＡｓＨ3の供給を停止する
半導体層の製造方法。
【請求項２】
降温を開始すると同時にＡｓＨ3の供給を停止する
請求項１に記載の半導体層の製造方法。
【請求項３】
降温過程でＡｓＨ3の供給を停止する
請求項１に記載の半導体層の製造方法。
【請求項４】
プロセス温度が５００℃以上７００℃以下の範囲内となっている時に、ＡｓＨ3の供給を停止する
請求項１に記載の半導体層の製造方法。
【請求項５】
ＡｓＨ3と、ｐ型不純物元素を含む第１原料ガスとを用いたエピタキシャル成長により、前記半導体層としてＡｓを含むｐ型半導体層を形成する
請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体層の製造方法。
【請求項６】
ＡｓＨ3と、前記第１原料と、Ａｌを含む第２原料ガスとを用いたエピタキシャル成長により、前記ｐ型半導体層として、Ａｓを含むと共にＡｌ組成値が０．９以上となる第１半導体層を含む積層体を形成する
請求項５に記載の半導体層の製造方法。
【請求項７】
プロセス温度が６００℃以上７００℃以下の範囲内となっている時に、ＡｓＨ3の供給を停止する
請求項６に記載の半導体層の製造方法。
【請求項８】
前記積層体は、前記第１半導体層と、前記第１半導体層のＡｌ組成値よりも低いＡｌ組成値を有する第２半導体層とを交互に積層して構成されたものである
請求項６に記載の半導体層の製造方法。
【請求項９】
前記積層体において、ｐ型不純物の活性化率が８０％以上となっている
請求項８に記載の半導体層の製造方法。
【請求項１０】
Ａｌ組成値が０．９以上となる第１ｐ型半導体層と、前記第１ｐ型半導体層のＡｌ組成値よりも低いＡｌ組成値を有する第２ｐ型半導体層とを交互に積層して構成され、かつｐ型不純物の活性化率が８０％以上となっているｐ型積層体を備えた
半導体層。
【請求項１１】
前記ｐ型積層体は、ＡｓＨ3と、ｐ型不純物元素を含む第１原料ガスと、Ａｌを含む第２原料ガスとを用いたエピタキシャル成長により前記第１ｐ型半導体層および前記第２ｐ型半導体層を交互に形成したのち、プロセス温度が５００℃以上となっている時に、新たなガスを別途供給せずに、ＡｓＨ3の供給を停止することにより形成されたものである
請求項１０に記載の半導体層。
【請求項１２】
ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を順に備えた積層構造を形成する形成工程を含み、
前記形成工程において、ＡｓＨ3と、ｐ型不純物元素を含む第１原料ガスとを用いたエピタキシャル成長により前記ｐ型半導体層を形成したのち、プロセス温度が５００℃以上となっている時に、新たなガスを別途供給せずに、ＡｓＨ3の供給を停止する
半導体レーザの製造方法。
【請求項１３】
ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を順に備え、
前記ｐ型半導体層は、Ａｌ組成値が０．９以上となる第１ｐ型半導体層と、前記第１ｐ型半導体層のＡｌ組成値よりも低いＡｌ組成値を有する第２ｐ型半導体層とを交互に積層して構成され、かつｐ型不純物の活性化率が８０％以上となっている
半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低抵抗の半導体層およびその製造方法、ならびに低抵抗の半導体層を備えた半導体レーザおよびその製造方法に関する。
【０００２】
従来から、ｐ型半導体結晶材料において、ｐ型不純物に水素原子が結合することでｐ型不純物が不活性化し、キャリア濃度が低下する現象が知られている。キャリア濃度の低下は、高抵抗化を招き、動作時の発熱で寿命の低下、すなわち信頼性の低下につながる。成長終了後の降温時における水素混入が、長期にわたり安定なレーザ動作の実現を困難にしている。
【０００３】
ｐ型不純物の不活性化は、成長終了後の降温時に、アルシン (ＡｓＨ３)から生じる水素ラジカルが結晶中に取り込まれることから生じる（特許文献１参照）。そのため、所望のキャリア濃度を得るには、必要以上に半導体中に不純物をドープしなければならない。しかし、不純物を必要以上にドープすると、不純物が活性層にまで拡散したり、ｐ型半導体における結晶欠陥が増加したりすることにより、レーザの信頼性が損なわれることが懸念される。
【０００４】
このｐ型不純物の不活性化を抑制する手法は既にいくつか提案されている。例えば、特許文献１では、成長終了後の降温時に供給するＡｓＨ３を有機Ｖ族（ＴＭＡｓ、Ｔ
ＢＡ等）に切り替える手法が提案されている。水素が混入する成長終了後の降温時に、ＡｓＨ３ではなく水素ラジカルを生じない有機Ｖ族原料を使用することで、ｐ型不純
物の不活性化を抑制することができるとしている。これと同様の手法が、特許文献２にも記載されている。特許文献２では、ＡｓＨ３からの水素混入を防ぐために、成長終了後の降温時に、有機Ｖ族の代わりに窒素を使用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３５５３１４７号広報
【特許文献２】特開２０００−３１６０００号広報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の手法では追加の原料や、ガス等の切り替えを必要とする。また、ほとんどの文献において、不純物の不活性が問題となる材料としてＡｌＧａＩｎＰ系の材料が挙げられているが、ＡｌＧａＡｓ系の材料などの他の材料においても起こり得る問題である。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な方法で不純物の不活性化を抑制することの可能な半導体層の製造方法、不純物の不活性化が抑制された半導体層、簡易な方法で不純物の不活性化を抑制することの可能な半導体レーザの製造方法、および不純物の不活性化が抑制された半導体層を備えた半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体層の製造方法は、ＡｓＨ3を用いたエピタキシャル成長により半導体層を形成したのち、プロセス温度が５００℃以上となっている時に、新たなガスを別途供給せずに、ＡｓＨ3の供給を停止するものである。
【０００９】
本発明の半導体層の製造方法では、プロセス温度が５００℃以上となっている時に、ＡｓＨ3の供給が停止される。つまり、ＡｓＨ3の分解が停止しない温度条件下でＡｓＨ3の供給が停止されるので、ＡｓＨ3の分解が停止する温度条件下でＡｓＨ3の供給が停止される場合と比べて、半導体層中に水素が残る割合を小さくすることができる。また、ＡｓＨ3の供給停止に際して、新たなガスは別途供給されないので、追加の原料や、ガス等の切り替えを必要としない。
【００１０】
本発明の半導体層は、Ａｌ組成値が０．９以上となる第１ｐ型半導体層と、第１ｐ型半導体層のＡｌ組成値よりも低いＡｌ組成値を有する第２ｐ型半導体層とを交互に積層して構成されたｐ型積層体を備えたものである。ｐ型積層体に含まれるｐ型不純物の活性化率は、８０％以上となっている。
【００１１】
本発明の半導体層では、ｐ型不純物の活性化率が８０％以上となっている。つまり、水素ラジカルによるｐ型不純物の不活性化がほとんど見られない。従って、少ない結晶欠陥で高いキャリア濃度が得られ、しかも低抵抗値が得られる。このような高い活性化率は、多量のドーパントをドープしたり、結晶成長後の降温時にＡｓＨ3の分解が停止する温度条件下でＡｓＨ3の供給を停止したりするような従来の製造方法では実現することができない。このような高い活性化率を実現するためには、以下に述べる方法で製造することが必須といえる。その方法とは、ＡｓＨ3を用いたエピタキシャル成長により半導体層を形成したのち、プロセス温度が５００℃以上となっている時に、新たなガスを別途供給せずに、ＡｓＨ3の供給を停止するものである。
【００１２】
本発明の半導体レーザの製造方法は、ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を順に備えた積層構造を形成する形成工程を含むものである。この形成工程において、ＡｓＨ3と、ｐ型不純物元素を含む第１原料ガスとを用いたエピタキシャル成長によりｐ型半導体層を形成したのち、プロセス温度が５００℃以上となっている時に、新たなガスを別途供給せずに、ＡｓＨ3の供給を停止するものである。
【００１３】
本発明の半導体レーザの製造方法では、プロセス温度が５００℃以上となっている時に、ＡｓＨ3の供給が停止される。つまり、ＡｓＨ3の分解が停止しない温度条件下でＡｓＨ3の供給が停止されるので、ＡｓＨ3の分解が停止する温度条件下でＡｓＨ3の供給が停止される場合と比べて、半導体層中に水素が残る割合を小さくすることができる。また、ＡｓＨ3の供給停止に際して、新たなガスは別途供給されないので、追加の原料や、ガス等の切り替えを必要としない。
【００１４】
本発明の半導体レーザは、ｎ型半導体層、活性層およびｐ型半導体層を順に備えたものである。ｐ型半導体層は、Ａｌ組成値が０．９以上となる第１ｐ型半導体層と、第１ｐ型半導体層のＡｌ組成値よりも低いＡｌ組成値を有する第２ｐ型半導体層とを交互に積層して構成されたものである。ｐ型半導体層に含まれるｐ型不純物の活性化率は８０％以上となっている。
【００１５】
本発明の半導体レーザでは、ｐ型不純物の活性化率が８０％以上となっている。つまり、水素ラジカルによるｐ型不純物の不活性化がほとんど見られない。従って、少ない結晶欠陥で高いキャリア濃度が得られ、しかも低抵抗値が得られる。このような高い活性化率は、多量のドーパントをドープしたり、結晶成長後の降温時にＡｓＨ3の分解が停止する温度条件下でＡｓＨ3の供給を停止したりするような従来の製造方法では実現することができない。このような高い活性化率を実現するためには、以下に述べる方法で製造することが必須といえる。その方法とは、ＡｓＨ3を用いたエピタキシャル成長により半導体層を形成したのち、プロセス温度が５００℃以上となっている時に、新たなガスを別途供給せずに、ＡｓＨ3の供給を停止するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の半導体層の製造方法および本発明の半導体レーザの製造方法によれば、半導体層中に水素が残る割合を小さくするようにしたので、水素ラジカルによる不純物の不活性化を抑制することができる。また、水素ラジカルによる不純物の不活性化を抑制するに際して、ＡｓＨ3の供給を停止しているだけであり、新たなガスを別途供給していない。したがって、本発明では、簡易な方法で不純物の不活性化を抑制することができる。
【００１７】
ここで、プロセス温度が５００℃以上７００℃以下の範囲内となっている時にＡｓＨ3の供給を停止するようにした場合には、Ａｓ抜けに因る面荒れを低減することができる。
【００１８】
本発明の半導体層および半導体レーザによれば、不純物の活性化率が８０％以上となっており、水素ラジカルによるｐ型不純物の不活性化がほとんど見られない。また、このような高い活性化率は、上述した簡易な方法で得られる。したがって、水素ラジカルによるｐ型不純物の不活性化がほとんど見られない半導体層およびそれを備えた半導体レーザを簡易な方法で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの断面図である。
【図２】図１の上部ＤＢＲ層および電流狭窄層の断面図である。
【図３】図１の半導体レーザの製造過程を説明するための断面図である。
【図４】図３に続く過程を説明するための断面図である。
【図５】図３の過程での温度変化を表す図である。
【図６】本実施の形態の半導体レーザおよび比較例に係る半導体レーザにおける光出力の長期信頼性を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．構成
２．製造方法
３．作用・効果
【００２１】
[１．構成]
図１は、本発明の一実施の形態に係る面発光型の半導体レーザ１の断面構成を表したものである。なお、図１は模式的に表したものであり、実際の寸法、形状とは異なっている。この半導体レーザ１は、基板１０の一面側に、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４および上部ＤＢＲ層１５をこの順に積層してなる積層構造２０を備えている。なお、積層構造２０が本発明の「積層構造」の一具体例に相当する。この積層構造２０の上部、具体的には、下部ＤＢＲ層１１の一部、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４および上部ＤＢＲ層１５が、例えば幅４０μｍ程度の円柱状のメサ部１６となっている。また、この半導体レーザ１は、メサ部１６内、例えば、下部ＤＢＲ層１１内、下部ＤＢＲ層１１と下部スペーサ層１２との間、上部スペーサ層１４と上部ＤＢＲ層１５との間、または上部ＤＢＲ層１５内に、電流狭窄層１７を備えている。なお、図１には、上部ＤＢＲ層１５内に電流狭窄層１７が設けられている場合が例示されている。
【００２２】
基板１０は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ基板である。なお、ｎ型不純物としては、例えばケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などが挙げられる。下部ＤＢＲ層１１は、例えば、低屈折率層（図示せず）および高屈折率層（図示せず）を交互に積層して構成されている。低屈折率層は、例えば光学厚さがλ／４（λは発振波長）のｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ａｓ（０＜ｘ１＜１）からなる。高屈折率層は、例えば光学厚さがλ／４のｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ａｓ（０＜ｘ２＜ｘ１）からなる。なお、下部ＤＢＲ層１１が本発明の「ｎ型半導体層」の一具体例に相当する。
【００２３】
下部スペーサ層１２は、例えばＡｌx3Ｇａ1-x3Ａｓ（０＜ｘ３＜１）からなる。活性層１３は、例えばＧａＡｓ系材料からなる。この活性層１３では、後述の電流注入領域１７Ｂと対向する領域が発光領域１３Ａとなる。上部スペーサ層１４は、例えばＡｌx4Ｇａ1-x4Ａｓ（０＜ｘ４＜１）からなる。これら下部スペーサ層１２、活性層１３および上部スペーサ層１４は、不純物が含まれていないことが望ましいが、ｐ型またはｎ型の不純物が含まれていてもよい。
【００２４】
上部ＤＢＲ層１５は、例えば、図２に示したように、低屈折率層１５Ａおよび高屈折率層１５Ｂを交互に積層して構成されている。ここで、低屈折率層１５Ａは、例えば光学厚さがλ／４のｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ａｓ（０＜ｘ５＜１）からなる。高屈折率層１５Ｂは、例えば光学厚さがλ／４のｐ型Ａｌx6Ｇａ1-x6Ａｓ（０＜ｘ６＜ｘ５）からなる。ｐ型不純物としては、炭素（Ｃ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）などが挙げられる。なお、上部ＤＢＲ層１５が本発明の「ｐ型積層体」、「半導体層」の一具体例に相当する。また、低屈折率層１５Ａが本発明の「第１ｐ型半導体層」の一具体例に相当し、高屈折率層１５Ｂが本発明の「第２ｐ型半導体層」の一具体例に相当する。
【００２５】
ここで、上部ＤＢＲ層１５の反射率を高くする観点からは、低屈折率層１５Ａと高屈折率層１５Ｂとの屈折率差が大きいことが好ましい。例えば、低屈折率層１５Ａおよび高屈折率層１５ＢがＡｌＧａＡｓからなる場合には、低屈折率層１５ＡのＡｌ組成値を０．９以上とし、高屈折率層１５ＢのＡｌ組成値を０．１程度にすることが好ましい。具体的には、低屈折率層１５ＡをＡｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓとし、高屈折率層１５ＢをＡｌ0.12Ｇａ0.88Ａｓとすることが好ましい。高屈折率層１５ＢのＡｌ組成値については、活性層１３から発せられた光が吸収されない範囲内の値とすることが好ましい。
【００２６】
電流狭窄層１７では、例えば、図２に示したように、メサ部１６の側面から所定の深さまでの領域が電流狭窄領域１７Ａとなっており、それ以外の領域（メサ部１６の中央領域）が電流注入領域１７Ｂとなっている。電流注入領域１７Ｂは、例えばｐ型Ａｌx7Ｇａ1-x7Ａｓ（ｘ５＜ｘ７≦１）からなる。電流狭窄領域１７Ａは、例えば、Ａｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）を含んで構成され、後述するように、側面から被酸化層１７Ｄに含まれる高濃度のＡｌを酸化することにより形成されるものである。従って、電流狭窄層１７は電流を狭窄する機能を有している。なお、電流狭窄層１７が、図１、図２に示したように、上部ＤＢＲ層１５内に設けられている場合には、活性層１３側から所定の距離だけ離れた低屈折率層１５Ａの部位に、低屈折率層１５Ａに代わって設けられている。
【００２７】
メサ部１６の上面（上部ＤＢＲ層１５の上面）には、電流注入領域１７Ｂとの対向領域を含む領域に開口（光射出口）１８Ａを有する環状の上部電極１８が形成されており、メサ部１６の側面および周辺の表面には、保護膜（図示せず）が形成されている。また、基板１０の裏面には、下部電極１９が設けられている。
【００２８】
ここで、上部電極１８は、例えば、金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）をこの順に積層して構成されたものであり、メサ部１６の上面と電気的に接続されている。また、下部電極１９は、例えば、ＡｕとＧｅとの合金、ＮｉおよびＡｕとを基板１０側から順に積層した構造を有しており、基板１０と電気的に接続されている。保護膜は、例えば酸化物または窒化物などの絶縁材料からなる。
【００２９】
ところで、本実施の形態では、上部ＤＢＲ層１５に含まれるｐ型不純物の活性化率が８０％以上となっている。つまり、後述する水素ラジカルによるｐ型不純物の不活性化がほとんど見られない。従って、上部ＤＢＲ層１５において、キャリア濃度が高く、しかも抵抗値が低くなっている。このような高い活性化率は、多量のドーパントをドープしたり、結晶成長後の降温時にＡｓＨ3の分解が停止する温度条件下でＡｓＨ3の供給を停止したりするような従来の製造方法では実現することができない。このような高い活性化率を実現するためには、以下に述べる方法で製造することが必須といえる。以下に、その方法について詳細に説明する。
【００３０】
[２．製造方法]
図３（Ａ），（Ｂ）、図４は、その製造方法を工程順に表したものである。なお、図３（Ａ），（Ｂ）、図４は、製造過程の素子の断面構成を表したものである。
【００３１】
ここでは、ｎ型ＧａＡｓ基板上の化合物半導体層を、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により形成する。この際、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の原料としては、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アルシン (ＡｓＨ３)を用いる。ｎ型不純物の原料としては、例えば、Ｈ2Ｓｅを用い、ｐ型不純物の原料としては、例えば、ジメチルジンク（ＤＭＺ）を用いる。
【００３２】
まず、基板１０上に、下部ＤＢＲ層１１、下部スペーサ層１２、活性層１３、上部スペーサ層１４および上部ＤＢＲ層１５をこの順に積層する（図３（Ａ））。このとき、例えば、上部ＤＢＲ層１５内の所定の位置に被酸化層１７Ｄを形成する。この被酸化層１７Ｄは、後の酸化工程で酸化されることにより、電流狭窄層１７になる層であり、例えば、ＡｌＡｓを含んで構成されている。
【００３３】
次に、上部ＤＢＲ層１５の上面全体に渡ってフォトレジストを形成したのち、フォトリソグラフィー処理および現像処理を行うことにより、例えば、メサ部１６の直径と同一の直径を有する円形状のレジスト層（図示せず）を形成する。次に、例えば、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching；ＲＩＥ）法により、レジスト層をマスクとして、少なくとも下部ＤＢＲ層１１の上部に達する深さまで選択的にエッチングして、柱状のメサ部１６を形成する（図３（Ｂ））。
【００３４】
次に、水蒸気雰囲気中において、高温で酸化処理を行い、被酸化層１７Ｄをメサ部１６の側面から選択的に酸化する（図４）。これにより、被酸化層１７Ｄのうち側面から所定の深さまでの領域が酸化アルミニウムを含む酸化領域（絶縁領域）となり、その領域が電流狭窄領域１７Ａとなる。そして、それよりも奥の領域が未酸化領域となり、その領域が電流注入領域１７Ｂとなる。このようにして、電流狭窄層１７が形成される。
【００３５】
次に、メサ部１６の上面に、環状の上部電極１８を形成すると共に、メサ部１６の側面および周辺の表面に保護膜を形成する。また、基板１０の裏面に、下部電極１９を形成する。このようにして、本実施の形態の半導体レーザ１が製造される。
【００３６】
ところで、本実施の形態の製造方法では、エピタキシャル成長により上部ＤＢＲ層１５を形成し、結晶成長を完了したのち、次の工程に移行する際に、以下の手順を経る。
【００３７】
図５は、基板１０上に下部ＤＢＲ層１１〜上部ＤＢＲ層１５を形成する形成過程Ａと、結晶成長を完了したのち、次の工程に移行する移行過程Ｂとにおける温度変化の一例を表したものである。
【００３８】
形成過程Ａにおいて、例えば、エピタキシャル成長により上部ＤＢＲ層１５を形成する際には、まず、プロセス温度を所定の温度（例えば６００℃以上）に設定し、チャンバ内をＨ2雰囲気とする。続いて、Ｈ2雰囲気中に、例えば、Ａｌの原料ガスであるＴＭＡ（第２原料ガス）と、Ｇａの原料ガスであるＴＭＧと、Ａｓの原料ガスであるＡｓＨ3と、ｐ型不純物の原料ガスであるＤＭＺ（第１原料ガス）をそれぞれ、所定の流量で流す。その結果、Ａｓを含むと共にＡｌ組成値が０．９以上のｐ型半導体層（低屈折率層１５Ａ）と、低屈折率層１５ＡのＡｌ組成値よりも小さな組成値を有するｐ型半導体層（高屈折率層１５Ｂ）とを交互に積層してなる積層体（上部ＤＢＲ層１５）を形成する。
【００３９】
上記のようにして、上部ＤＢＲ層１５を形成したのち、結晶成長を完了した段階（図中の時刻ｔ1）で、例えば、ＴＭＡ、ＴＭＧ、ＤＭＺの供給を停止すると共に、プロセス温度（チャンバ内の設定温度）の降下（降温）を開始して、移行過程Ｂに移行する。降温は、例えば、結晶成長時に使用していたヒータ（図示せず）の電源を切ることにより行われる。
【００４０】
ＡｓＨ3については、プロセス温度が５００℃以上となっている時に供給を停止する。このとき、ＡｓＨ3に代わる新たなガス、例えば、有機Ａｓや窒素などを別途供給しない。つまり、新たなガスを別途供給せずに、ＡｓＨ3の供給を停止する。
【００４１】
ＡｓＨ3の供給停止のタイミングは、結晶成長を完了した段階のプロセス温度に依る。時刻ｔ1のプロセス温度が５００℃以上７００℃以下の範囲内（例えば６００℃）となっている場合には、例えば、結晶成長の完了と同時に、ＡｓＨ3の供給を停止することが可能である。また、時刻ｔ1のプロセス温度が５００℃以上７００℃以下の範囲内（例えば６００℃）となっている場合に、プロセス温度が降下を開始したのち５００℃を下回る時までの間に、ＡｓＨ3の供給を停止することも可能である。つまり、時刻ｔ1のプロセス温度が５００℃以上７００℃以下の範囲内（例えば６００℃）となっている場合には、降温を開始すると同時にＡｓＨ3の供給を停止してもよいし、降温過程でＡｓＨ3の供給を停止してもよい。また、時刻ｔ1のプロセス温度が７００℃を超えている場合には、プロセス温度が降下を開始したのち、プロセス温度が５００℃以上７００℃以下の範囲内（例えば６００℃）となっている間に、ＡｓＨ3の供給を停止すればよい。
【００４２】
次に、ＡｓＨ3の供給停止に際して、プロセス温度の範囲を５００℃以上７００℃以下とした理由について説明する。プロセス温度が十分に高い時、具体的には、５００℃以上となっている時には、ＡｓＨ3が、Ａｓと、水素ラジカルとに分解している。これにより、結晶表面には、気相中のＡｓによる圧力がかかるので、結晶成長後にＡｓＨ3を供給することにより、上部ＤＢＲ層１５からＡｓが抜け、面荒れが生じるのを防ぐことができる。ただし、プロセス温度が５００℃以上７００℃以下の範囲内となっている場合には、気相中のＡｓが存在していなくても、上部ＤＢＲ層１５からＡｓが抜ける割合が低い。従って、プロセス温度が上記の範囲内となっている場合には、結晶成長後にＡｓＨ3を供給しなくても、Ａｓ抜けによる面荒れはデバイスとしての使用に差し支えない程度に抑えることができる。なお、プロセス温度が７００℃を大きく上回ると、気相中のＡｓが存在していない場合には、結晶表面からのＡｓ抜けが激しくなり、デバイスとしての使用に耐えられない程の面荒れが生じてしまう。従って、ＡｓＨ3の供給を停止する際には、プロセス温度が７００℃以下となっていることが好ましい。
【００４３】
また、上述したように、プロセス温度が５００℃以上７００℃以下の範囲内となっている場合には、ＡｓＨ3が、Ａｓと、水素ラジカルとに分解している。したがって、プロセス温度が上記の範囲内となっている場合に、ＡｓＨ3が供給されているときには、水素ラジカルは、結晶中に入り込んだり、結晶中から出たりするのを繰り返している。しかし、プロセス温度が５００℃を下回ると、ＡｓＨ3の分解が停止するだけでなく、結晶中の水素ラジカルが結晶中から出てこなくなり、結晶中に留まるようになる。つまり、プロセス温度が５００℃を下回った段階で、ＡｓＨ3が供給されている場合には、結晶中の水素濃度が増大する。これにより、水素原子がｐ型不純物に結合することによるｐ型不純物の不活性化が増大し、キャリア濃度が低下するので、上部ＤＢＲ層１５が高抵抗化し、動作時の発熱で寿命が低下してしまう。このように、結晶中の水素濃度の増大が半導体レーザ１の信頼性の低下につながる。したがって、ＡｓＨ3の供給を停止する際には、プロセス温度が５００℃以上となっていることが好ましい。
【００４４】
以上のことから、Ａｓ抜けによる面荒れと、信頼性の低下とを考慮すると、プロセス温度が５００℃以上７００℃以下の範囲内となっている時にＡｓＨ3の供給を停止することが好ましいことがわかる。
【００４５】
また、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度は、上部ＤＢＲ層１５内のＡｌ組成値に応じて変えることが好ましい。具体的には、上部ＤＢＲ層１５内に主に含まれる半導体層のうちＡｌ組成値の最も大きな層のＡｌ組成値の大きさに応じて変えることが好ましい。例えば、上部ＤＢＲ層１５が、Ａｌ組成値が０．９以上となる低屈折率層１５Ａと、Ａｌ組成値が低屈折率層１５Ａよりも小さなＡｌ組成値を有する高屈折率層１５Ｂとを交互に積層して構成されている場合について考える。この場合には、低屈折率層１５ＡのＡｌ組成値０．９に適したプロセス温度（例えば６００℃以上７００℃以下）でＡｓＨ3の供給を停止することが好ましい。Ａｌ組成値が大きい場合に、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度が高い方が好ましいのは、低温時（例えば６００℃未満）に水素ラジカルが結晶中に残留し易いからである。
【００４６】
ところで、上部ＤＢＲ層１５内には、電流狭窄層１７が設けられている場合がある。しかし、そのような場合であっても、上部ＤＢＲ層１５中に占める電流狭窄層１７の割合はごくわずかであり、電流狭窄層１７の影響はごくわずかである。したがって、この場合には、電流狭窄層１７を構成する材料のＡｌ組成値が仮に低屈折率層１５ＡのＡｌ組成値よりも大きいときであっても、ＡｓＨ3の供給停止を考慮する際に想定するＡｌ組成値としては、低屈折率層１５ＡのＡｌ組成値を用いることが好ましい。
【００４７】
次に、上記の製造方法によって、結晶中への水素混入をどの程度抑制することができているかについて説明する。水素混入の度合いは、結晶中のキャリア濃度を計測することにより知ることができる。
【００４８】
下記のケース１、ケース２に記載のキャリア濃度は、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度が６００℃としたときの計測値であり、下記のケース３、ケース４に記載のキャリア濃度は、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度が４００℃としたときの計測値である。また、下記のケース１、ケース３に記載のキャリア濃度は、ＧａＡｓ基板上に、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓおよびｐ型ＧａＡｓを順に形成したときの、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓのキャリア濃度である。下記のケース２、ケース４に記載のキャリア濃度は、上記の製造方法を用いて、ＧａＡｓ基板上に、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓおよびｐ型ＧａＡｓを順に形成したときの、ｐ型Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓのキャリア濃度である。なお、下記のケース１〜ケース４の全てにおいて、ｐ型不純物として、Ｃを含む原料ガス（ＣＢ4）を用いた。ＣＢ4の流量については、下記のケース１、ケース３において３００ｓｃｃｍとし、下記のケース２、ケース４において１００ｓｃｃｍとした。下記のケース２、ケース４に記載のＣ濃度は、結晶中に混入しているＣの濃度（活性化、不活性化のいずれのものも含んだ濃度）をＳＩＭＳ（Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometry；二次イオン質量分析法)を用いて計測することにより得られたものである。
【００４９】
プロセス    キャリア濃度        Ｃ濃度
ｐ型半導体層            温度(℃)     (ｃｍ-3)     (ｃｍ-3)
ケース１：  Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ      ６００          ４．７×１０18
ケース２：  Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ      ６００          ４．０×１０18       ５．０×１０18
ケース３：  Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ      ４００          ３．２×１０18
ケース４：  Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓ      ４００          ２．６×１０18       ５．０×１０18
【００５０】
上記の結果から、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度を６００℃とすることにより、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度を４００℃とした場合と比べて、結晶中のキャリア濃度が大幅に大きくなっていることがわかる。このことから、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度を６００℃とすることにより、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度を４００℃とした場合と比べて、結晶中への水素混入を効果的に抑制することができていることがわかる。また、上記の結果から、Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓに含まれるＣの活性化率（＝（キャリア濃度／Ｃ濃度）×１００）は、ケース１において８０％となっており、ケース４において５２％となっていることがわかる。なお、実際には、ケース２では、活性化率が９０％、１００％となるサンプルも存在しており、ケース２においては、活性化率の下限が８０％であると推定することができる。一方、ケース４では、活性化率が５２％を超えるサンプルは存在せず、ケース４においては、活性化率の上限が５２％であると推定することができる。
【００５１】
次に、上記の製造方法によって、半導体レーザ１の長期信頼性をどの程度改善することができているかについて説明する。長期信頼性の改善度合いは、半導体レーザ１に注入する電力の経時変化を見ることにより知ることができる。
【００５２】
図６は、半導体レーザ１に注入する電力の経時変化を表したものである。図６中の実線がＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度を６００℃としたときのものであり、図６中の破線はＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度を４００℃としたときのものである。図６から、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度を６００℃とした場合には、半導体レーザ１への注入電力がほぼ一定となっており、長期信頼性が極めて良いことがわかる。一方、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度を４００℃とした場合には、半導体レーザ１への注入電力が急激に減少しており、長期信頼性が極めて悪いことがわかる。なお、図６中の破線で示した傾向は、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度が、ＡｓＨ3の分解が停止する温度（５００℃未満）であった場合にほぼ共通している。これらのことから、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度を６００℃とすることにより、ＡｓＨ3の供給停止時のプロセス温度を、ＡｓＨ3の分解が停止する温度（５００℃未満）とした場合と比べて、半導体レーザ１の長期信頼性が良いことがわかる。
【００５３】
［３．作用・効果］
本実施の形態の半導体レーザ１では、上部電極１８と下部電極１９との間に所定の電圧が印加されると、電流注入領域１７Ｂを通して活性層１３に電流が注入され、これにより電子と正孔の再結合による発光が生じる。この光は、一対の下部ＤＢＲ層１１および上部ＤＢＲ層１５により反射され、所定の波長でレーザ発振を生じ、レーザビームとして上部電極１８の光射出口１８Ａから外部に射出される。
【００５４】
ところで、本実施の形態の半導体レーザ１では、上部ＤＢＲ層１５に含まれるｐ型不純物の活性化率が８０％以上となっている。つまり、水素ラジカルによるｐ型不純物の不活性化がほとんど見られない。従って、少ない結晶欠陥で高いキャリア濃度が得られ、しかも低抵抗値が得られる。このような高い活性化率は、多量のドーパントをドープしたり、結晶成長後の降温時にＡｓＨ3の分解が停止する温度条件下でＡｓＨ3の供給を停止したりするような従来の製造方法では実現することができない。このような高い活性化率を実現するためには、上述した簡易な方法で得られる。したがって、水素ラジカルによるｐ型不純物の不活性化がほとんど見られない上部ＤＢＲ層１５およびそれを備えた半導体レーザ１を簡易な方法で得ることができる。
【００５５】
また、本実施の形態の半導体レーザ１の製造方法では、プロセス温度が５００℃以上となっている時に、ＡｓＨ3の供給が停止される。つまり、ＡｓＨ3の分解が停止しない温度条件下でＡｓＨ3の供給が停止されるので、ＡｓＨ3の分解が停止する温度条件下でＡｓＨ3の供給が停止される場合と比べて、上部ＤＢＲ層１５中に水素が残る割合を小さくすることができる。これにより、水素ラジカルによる不純物の不活性化を抑制することができるので、高いキャリア濃度を得ることができ、しかも低抵抗値を得ることができる。また、ＡｓＨ3の供給停止に際して、新たなガスは別途供給されないので、追加の原料や、ガス等の切り替えを必要としない。したがって、この製造方法では、簡易な方法で不純物の不活性化を抑制することができる。
【００５６】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
【００５７】
例えば、上記実施の形態では、本発明を、ｐ型ＡｌＧａＡｓを主に含んで構成された上部ＤＢＲ層１５に適用した場合ついて説明したが、水素ラジカルによるｐ型不純物の不活性化が生じる材料を主に含んで構成された半導体層に適用することももちろん可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１…半導体レーザ、１０，４０…基板、１１…下部ＤＢＲ層、１２…下部スペーサ層、１３…活性層、１３Ａ…発光領域、１４…上部スペーサ層、１５…上部ＤＢＲ層、１６，１６Ｄ…メサ部１６…電流狭窄層、１７Ａ…電流狭窄領域、１７Ｂ…電流注入領域、１７Ｄ…被酸化層、１８上部電極、１９…下部電極、２０…積層構造。
【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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