(57)【要約】【課題】トンネル接合を特性を劣化させずに、良好な発光特性を提供できる、垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法を提供する。【解決手段】半導体基板１１の主面１１ａ上に第１の分布ブラッグ反射器１３を作製する。分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）１３上に、第１のｎ型スペーサ半導体層１５、活性層１７、及びｐ型スペーサ層１９を成長する。次いで、原料ガス及び炭素ドーパントを成長炉１０に供給しトンネル接合のためのｐ型高濃度半導体層２１をｐ型スペーサ半導体層１９上に成長する。ｐ型高濃度半導体層２１を成長した後に、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理２５を行う。熱処理２５を行った後に、原料ガス及びｎ型ドーパントを成長炉１０に供給して、トンネル接合のためのｎ型高濃度半導体層２７を成長する。熱処理温度ＴＴＨは摂氏５００度〜６００度の範囲である。【選択図】図１
2010278347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法であって、
第１の分布ブラッグ反射器上のｎ型スペーサ半導体層上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層上にｐ型スペーサ半導体層を成長する工程と、
前記ｐ型スペーサ半導体層を成長した後に、原料ガス及び炭素ドーパントを成長炉に供給して、活性水素を含む雰囲気でトンネル接合のためのｐ型高濃度半導体層を成長する工程と、
半導体の堆積を行うことなく、前記ｐ型高濃度半導体層中の水素濃度が低減されるように、前記ｐ型高濃度半導体層の熱処理を行う工程と
を備え、
前記熱処理の温度は、摂氏５００度以上であり、摂氏６００度以下である、ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記熱処理は、前記熱処理温度において活性水素を生成しないガスを供給しながら行われる、ことを特徴とする請求項１に記載された方法。
【請求項３】
前記熱処理は、Ｈ２及びＮ２の少なくともいずれか一方を含む雰囲気中で行われる、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記熱処理は、ヒ素を含むガスを熱処理装置に供給することなく行われる、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された方法。
【請求項５】
前記熱処理の時間は１０分以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項６】
前記ｐ型高濃度半導体層の熱処理を行った後に、原料ガス及びｎ型ドーパントを成長炉に供給してトンネル接合のためのｎ型高濃度半導体層を成長する工程と、
前記ｐ型高濃度半導体層及び前記ｎ型高濃度半導体層の成長を行った後に、前記垂直共振型面発光半導体レーザのための成長される複数の半導体層を摂氏６００度以下の温度で成長する工程と
を更に備え、
前記複数の半導体層の成長は、活性水素を含む雰囲気中で行われる、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項７】
前記ｎ型高濃度半導体層を成長する前に、前記ｐ型高濃度半導体層の前記熱処理は行われる、ことを特徴とする請求項６に記載された方法。
【請求項８】
前記ｎ型高濃度半導体層上にｎ型スペーサ半導体層を成長する工程を更に備え、
前記ｎ型高濃度半導体層を成長した後であって前記ｎ型スペーサ半導体層を成長する前に、前記ｐ型高濃度半導体層の前記熱処理は行われる、ことを特徴とする請求項６に記載された方法。
【請求項９】
前記ｎ型高濃度半導体層を成長した後に、ｎ型コンタクト半導体層を成長する工程を更に備え、
前記ｐ型高濃度半導体層の熱処理は、前記ｎ型コンタクト半導体層を成長した後に行われる、ことを特徴とする請求項６に記載された方法。
【請求項１０】
前記熱処理はＲＴＡ法で行われ、
ＲＴＡ法のための装置に窒素ガスが供給される、ことを特徴とする請求項９に記載された方法。
【請求項１１】
前記ｎ型高濃度半導体層をエッチングして、トンネル接合メサを形成する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１２】
前記活性層及び前記ｐ型スペーサ半導体層を形成した後であって前記ｐ型高濃度半導体層を成長する前に、III族元素としてＡｌを含むIII―Ｖ化合物半導体層を成長する工程と、
前記ｐ型高濃度半導体層及び前記ｎ型高濃度半導体層を成長した後に、ｎ型半導体領域を成長する工程と、
前記活性層、前記ｐ型スペーサ半導体層、前記III―Ｖ化合物半導体層、前記ｐ型高濃度半導体層、前記ｎ型高濃度半導体層、及びｎ型スペーサ半導体層をエッチングして、エッチングされたIII―Ｖ化合物半導体層、エッチングされたｐ型高濃度半導体層、エッチングされたｎ型高濃度半導体層、及びエッチングされたｎ型半導体領域を含む半導体メサを形成する工程と、
前記半導体メサを形成した後に、前記半導体メサの側面から前記エッチングされたIII―Ｖ化合物半導体層を酸化して、Ａｌ酸化物からなる電流狭窄部を前記半導体メサ内に形成する工程と
を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、トンネル接合の垂直共振型面発光レーザが記載されている。このトンネル接合はｎ＋型ＩｎＧａＡｓ／ｐ＋型ＧａＡｓＳｂからなり、活性層は、ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓの歪み量子井戸構造を有する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】IEEE photonics tech. lett. Vol19. No23. pp.1883-1885
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
トンネル接合を用いる垂直共振型面発光レーザの作製では、ｐ型高濃度半導体層のためのドーパントとして炭素（Ｃ）が用いられる。ｐ型高濃度半導体層の成長中に結晶中に取り込まれた水素は炭素ドーパントをパッシべートして、添加された炭素ドーパント量に応じたキャリアが生成されない。
【０００５】
発明者らの検討によれば、以下のような知見が得られた。結晶中の水素を除くためにｐ型高濃度半導体層の熱処理を行ったレーザダイオードでは、不用意な熱処理はレーザダイオードの微分抵抗を増加させることがある。熱処理を行わないレーザダイオードでは、通電により発光動作において、炭素の添加に起因する欠陥がｐ型高濃度半導体層中に増殖する。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、トンネル接合を特性を劣化させずに良好な発光特性を提供できる、垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る一側面は、垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法であって、この方法は、（ａ）第１の分布ブラッグ反射器上のｎ型スペーサ半導体層上に、活性層を形成する工程と、（ｂ）前記活性層上にｐ型スペーサ半導体層を成長する工程と、（ｃ）前記ｐ型スペーサ半導体層を成長した後に、原料ガス及び炭素ドーパントを成長炉に供給して、活性水素を含む雰囲気でトンネル接合のためのｐ型高濃度半導体層を成長する工程と、（ｄ）半導体の堆積を行うことなく、前記ｐ型高濃度半導体層中の水素濃度が低減されるように、前記ｐ型高濃度半導体層の熱処理を行う工程とを備える。前記熱処理の温度は、摂氏５００度以上摂氏６００度以下の熱処理温度である。
【０００８】
この方法によれば、摂氏５００度以上の熱処理温度でｐ型高濃度半導体層の熱処理を行うので、ｐ型高濃度半導体層中において脱水素が可能になる。これ故に、炭素をパッシべートしている水素の濃度が低減される。摂氏６００度以下の熱処理温度でｐ型高濃度半導体層の熱処理を行うので、炭素ドーパントが格子間サイトに拡散することを低減できる。これ故に、ｐ型高濃度半導体層中における炭素の活性化率の低下を避けることができる。
【０００９】
本発明に係る方法では、前記熱処理は、前記熱処理温度において活性水素を生成しないガスを供給しながら行われることが好ましい。
【００１０】
この方法によれば、熱処理中における新たな水素パッシベートを避けることができる。
【００１１】
本発明に係る方法では、前記熱処理は、Ｈ２及びＮ２の少なくともいずれか一方を含む雰囲気中で行われることが好ましい。これらＨ２及びＮ２は活性水素を発生することなく、またｐ型高濃度半導体層からの脱水素を促進する。
【００１２】
本発明に係る方法では、前記熱処理は、ヒ素を含むガスを熱処理装置に供給することなく行われることが好ましい。金属ヒ素を除くと、ヒ素を含むガスの大きくは活性水素を発生するものである。
【００１３】
本発明に係る方法では、前記熱処理の時間は１０分以上であることが好ましい。この方法では、結晶成長の温度変更のための成長中断期間よりも長い熱処理が必要である。また、本発明に係る方法では、前記熱処理の時間は６０分以下であることが好ましい。長すぎる熱処理は、レーザダイオードの特性を低下させる可能性がある。
【００１４】
本発明に係る方法は、前記ｐ型高濃度半導体層の熱処理を行った後に、原料ガス及びｎ型ドーパントを成長炉に供給してトンネル接合のためのｎ型高濃度半導体層を成長する工程と、前記ｐ型高濃度半導体層及び前記ｎ型高濃度半導体層の成長を行った後に、前記垂直共振型面発光半導体レーザのための成長される複数の半導体層を摂氏６００度以下の温度で成長する工程とを更に備えることができる。前記複数の半導体層の成長は、活性水素を含む雰囲気中で行われる。
【００１５】
この方法では、摂氏６００度を越える温度はトンネル接合の特性を低下させる。
【００１６】
本発明に係る方法は、前記ｎ型高濃度半導体層を成長する前に、前記ｐ型高濃度半導体層の前記熱処理は行われることが好ましい。この方法では、ｐ型高濃度半導体層の表面が熱処理雰囲気にさらされるので、脱水素に好適である。また、ｐ型高濃度半導体層の成長に引き続いて、ｐ型高濃度半導体層の熱処理は行われることが好ましい。脱水素が好適に引き起こされる。
【００１７】
本発明に係る方法は、前記ｎ型高濃度半導体層上にｎ型スペーサ半導体層を成長する工程を更に備えることができる。前記ｎ型高濃度半導体層を成長した後であって前記ｎ型スペーサ半導体層を成長する前に、前記ｐ型高濃度半導体層の前記熱処理は行われる。
【００１８】
この方法では、薄膜のｎ型高濃度半導体層を成長した後に熱処理が行われるので、脱水素に好適である。
【００１９】
本発明に係る方法では、前記ｎ型高濃度半導体層を成長した後に、ｎ型コンタクト半導体層を成長する工程を更に備えることができる。前記ｐ型高濃度半導体層の熱処理は、前記ｎ型コンタクト半導体層を成長した後に行われる。この方法によれば、ｐ型高濃度半導体層からの脱水素が可能である。
【００２０】
本発明に係る方法では、前記熱処理はＲＴＡ法で行われることができる。ＲＴＡ法のための装置に窒素ガスが供給される。
【００２１】
この方法では、成長炉における熱処理ではなく、熱処理専用の装置で脱水素が行われる。成長用ガスの微量の残留によるコンタミネーションを避けることができる。
【００２２】
本発明に係る方法では、前記ｎ型高濃度半導体層をエッチングして、トンネル接合メサを形成する工程を更に備えることができる。この方法によれば、電流閉じ込めをトンネルメサで行うレーザダイオードが提供される。
【００２３】
本発明に係る方法は、前記活性層及び前記ｐ型スペーサ半導体層を形成した後であって前記ｐ型高濃度半導体層を成長する前に、III族元素としてＡｌを含むIII―Ｖ化合物半導体層を成長する工程と、前記ｐ型高濃度半導体層及び前記ｎ型高濃度半導体層を成長した後にｎ型半導体領域を成長する工程と、前記活性層、前記ｐ型スペーサ半導体層、前記III―Ｖ化合物半導体層、前記ｐ型高濃度半導体層、前記ｎ型高濃度半導体層、及びｎ型スペーサ半導体層をエッチングして、エッチングされたIII―Ｖ化合物半導体層、エッチングされたｐ型高濃度半導体層、エッチングされたｎ型高濃度半導体層、及びエッチングされたｎ型半導体領域を含む半導体メサを形成する工程と、前記半導体メサを形成した後に、前記半導体メサの側面から前記エッチングされたIII―Ｖ化合物半導体層を酸化して、Ａｌ酸化物からなる電流狭窄部を前記半導体メサ内に形成する工程とを更に備えることができる。
【００２４】
この方法によれば、電流閉じ込めをＡｌ酸化物からなる電流狭窄部で行うレーザダイオードが提供される。
【００２５】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、トンネル接合を特性を劣化させずに、良好な発光特性を提供できる、垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、一実施の形態に係る垂直共振型面発光半導体レーザの作製方法におけるｐ＋型高濃度半導体層の成長、熱処理、ｎ＋型高濃度半導体層の成長を示す図面である。
【図２】図２は、この実施の形態に係る垂直共振型面発光半導体レーザの作製方法におけるトンネル接合メサの形成、スペーサ層及びコンタクト層の成長、及びメサ形成を示す図面である。
【図３】図３は、この実施の形態に係る垂直共振型面発光半導体レーザの作製方法における絶縁膜の形成及び電極の形成を示す図面である。
【図４】図４は、別の実施の形態に係る垂直共振型面発光半導体レーザの作製方法におけるｐ＋型高濃度半導体層の成長、熱処理、ｎ＋型高濃度半導体層の成長を示す図面である。
【図５】図５は、この実施の形態に係る垂直共振型面発光半導体レーザの作製方法における半導体メサの形成及び選択酸化による電流閉じ込め形成を示す図面である。
【図６】図６は、この実施の形態に係る垂直共振型面発光半導体レーザの作製方法における絶縁膜の形成及び電極の形成を示す図面である。
【図７】図７は、実施の形態における垂直共振型面発光半導体レーザの作製方法における工程フローを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２９】
図１は、本実施の形態に係る垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法における主要な工程を示す図面である。垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法を説明する。複数の半導体層を成長するための半導体基板１１を準備する。半導体基板１１は例えば半絶縁性ＧａＡｓからなることができる。半導体層の成長は、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法、有機金属分子線エピタキシー（ＭＯＭＢＥ）法等を用いることができ、これらの成長方法では、結晶成長中の気相に活性水素が存在する。成長温度は例えば摂氏４００度〜５００度の範囲であることが好ましい。半導体基板１１を成長炉１０に配置した後に、複数の半導体層の成長を開始する。図１（ａ）に示されるように、半導体基板１１の主面１１ａ上に第１の分布ブラッグ反射器１３を作製する。この分布ブラッグ反射器１３は、主面１１ａの法線方向に交互に配置された第１及び第２半導体層１３ａ、１３ｂを含む。分布ブラッグ反射器１３の構造は、例えばアンドープＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ（Ａｌ組成０．９）からなることができる。分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）１３上に、第１のｎ型スペーサ半導体層１５、活性層１７、及びｐ型スペーサ層１９を成長する。これらの成長のために、半導体層１５、１７、１９それぞれの成長のための原料ガス及びドーパントを成長炉１０に供給する。第１のｎ型スペーサ層１５は例えばＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層からなる。活性層１７は、バルク半導体層、単一量子井戸構造、又は多重量子井戸構造を有することができる。本実施例では、活性層１７は量子井戸構造２３からなり、量子井戸構造２３は障壁層２３ａ及び井戸層２３ｂを含み、例えばＧａＩｎＡｓ（Ｉｎ組成０．３）／ＧａＡｓからなる。ｐ型スペーサ半導体層１９は例えばＣドープｎ型ＧａＡｓ層からなる。
【００３０】
次いで、原料ガス及び炭素ドーパントを成長炉１０に供給しトンネル接合のためのｐ型高濃度半導体層２１をｐ型スペーサ半導体層１９上に成長して、半導体生産物Ｅ１を形成する。成長温度は例えば摂氏４００度〜５００度の範囲であることが好ましい。ｐ型高濃度半導体層２１は、例えばｐ＋＋型ＧａＩｎＡｓ又はｐ＋＋型ＧａＡｓからなることができる。ｐ型高濃度半導体層２１の成長は、例えば活性水素を含む雰囲気で行われるので、添加される炭素ドーパントは活性水素と結合してしまい、活性水素により炭素がパッシベート（不動態化）される。
【００３１】
図１（ｂ）に示されるように、ｐ型高濃度半導体層２１を成長した後に、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理２５を行う。熱処理２５中には、半導体の堆積が行われない。本実施例では、この熱処理２５は成長炉１０を用いることができる。熱処理温度ＴＴＨは、摂氏５００度以上であることが好ましく、熱処理温度が摂氏５００度以上であるときｐ型高濃度半導体層２１からの所望の脱水素が達成される。また、熱処理温度ＴＴＨは、摂氏６００度以下であることが好ましく、ｐ型高濃度半導体層２１中の炭素ドーパントが格子間サイトに拡散してしまい、ｐ型ドーパントの活性化率が低下してしまう。
【００３２】
熱処理２５は、例えば熱処理温度において活性水素を生成しないガスを供給しながら行われるとき、熱処理２５中における新たな水素パッシベートを避けることができる。例えば、熱処理は、Ｈ２及びＮ２の少なくともいずれか一方を含む雰囲気中で行われることができる。Ｈ２及びＮ２といった熱処理ガスは活性水素を発生することなく、ｐ型高濃度半導体層２１からの脱水素を促進する。また熱処理ガスとして、Ｈｅ、Ａｒ等の希ガスを用いることができる。ヒ素を含むガス（金属ヒ素を除く）の大きくは活性水素を発生するものであるので、熱処理２５は、ヒ素を含むガスを熱処理装置に供給せずに行われることが好ましい。
【００３３】
熱処理２５において、摂氏５００度以上摂氏６００度以下の温度が維持される期間は１０分以上であることが好ましい。結晶成長の温度変更のための成長中断期間よりも長い熱処理が必要である。また、熱処理２５において、摂氏５００度以上摂氏６００度以下の温度が維持される期間は６０分以下であることが好ましい。長すぎる熱処理は、レーザダイオードの特性を低下させる可能性がある。
【００３４】
トンネル接合のためのｎ型高濃度半導体層２７を成長する前に、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理２５は行われることが好ましい。この方法では、ｐ型高濃度半導体層２１の表面２１ｓが熱処理の雰囲気にさらされるので、脱水素に好適である。
【００３５】
次いで、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理２５を行った後に、原料ガス及びｎ型ドーパントを成長炉１０に供給して、トンネル接合のためのｎ型高濃度半導体層２７を成長する。成長温度は例えば摂氏４００度〜５００度の範囲であることが好ましい。ｎ型高濃度半導体層２７は、例えばｎ＋＋型ＧａＩｎＡｓ又はｎ＋＋型ＧａＡｓからなることができる。ｎ型高濃度半導体層２７の成長は、例えば活性水素を含む雰囲気で行われるけれども、デバイス特性は、成長雰囲気中に活性水素が存在することに敏感ではない。これ故に、熱処理２５により既にｐ型高濃度半導体層２１から取り除かれて活性化された炭素ドーパントに再度結合する可能性は低いと考えられる。
【００３６】
以上説明したように、ｐ型高濃度半導体層２１の成長に引き続いてｐ型高濃度半導体層２１の熱処理２５を行うことが好ましい。脱水素が好適に引き起こされる。
【００３７】
或いは、ｐ型高濃度半導体層２１の成長に引き続いて熱処理２５を行うこと無く、ｎ型高濃度半導体層２７の成長に引き続いてｐ型高濃度半導体層２１の熱処理を行うことができる。この方法では、薄膜のｎ型高濃度半導体層２７を成長した後に、ｐ＋型高濃度半導体層２１の熱処理が行われるので、脱水素に好適である。
【００３８】
図２は、本実施の形態に係る垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法における引き続く主要な工程を示す図面である。電流閉じ込めをトンネルメサで行うレーザダイオードの作製では、トンネル接合メサを形成するためのマスク３１を形成した後に、図２（ａ）に示されるように、マスク３１を用いてｎ型高濃度半導体層２７をエッチングする。必要な場合には、更に、マスク３１を用いてｐ型高濃度半導体層２１をエッチングする。本実施例では、トンネル接合メサ３３は、ｐ型高濃度半導体層２１ａ及びｎ型高濃度半導体層２７ａを含み、ｐ型高濃度半導体層２１ａ及びｎ型高濃度半導体層２７ａはトンネル接合３５ａを成す。トンネル接合メサ３３を形成した後に、マスク３１を除去する。
【００３９】
ｐ型高濃度半導体層２１ａ及びｎ型高濃度半導体層２７ａの成長を行った後に、垂直共振型面発光半導体レーザのための成長される複数の半導体層を摂氏６００度以下の温度で成長することが好ましい。この方法では、摂氏６００度を越える温度は、ｐ型高濃度半導体層の熱処理に関係なくトンネル接合の特性を低下させる。以下の示されるように、これらの半導体層の成長は活性水素を含む雰囲気中で行われることができる。成長温度は例えば摂氏４００度〜５００度の範囲であることが好ましい。
【００４０】
マスク３１を除去した後に、図２（ｂ）に示されるように、ｐ＋型高濃度半導体層２１ａ及びｎ＋型高濃度半導体層２７ａ上に、ｎ型半導体領域を形成する。このｎ型半導体領域のために、ｎ型スペーサ半導体層３７を成長する。ｎ型スペーサ半導体層３７は、トンネル接合メサ３３の上面及び側面を覆う。また、ｎ型スペーサ半導体層３７はｐ型スペーサ半導体層１９と接合３５ｂを成す。次いで、ｎ型半導体領域のために、ｎ型スペーサ半導体層３７上にｎ型コンタクト半導体層３９を成長する。それぞれの半導体層３７、３９の成長のために、原料ガス及びドーパントを成長炉１０に供給する。第２のｎ型スペーサ半導体層３７は例えばＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層からなる。ｎ型コンタクト半導体層３９は例えばＳｉドープｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなる。
【００４１】
適切なトンネル接合を得るためには、トンネル接合３５ａを成す高濃度半導体層のドーパント濃度は例えば１×１０１９ｃｍ−３以上であることが好ましく、またドーパント濃度は例えば１×１０２０ｃｍ−３以上であることが好ましい。ｎ型高濃度半導体層２１の膜厚は例えば１０ｎｍ程度であることができ、ｐ型高濃度半導体層２７の膜厚は例えば１０ｎｍ程度であることができる。また、スペーサ半導体層１５、１９、３７のドーパント濃度は例えば１×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましく、またドーパント濃度は例えば１×１０１８ｃｍ−３以上であることが好ましい。
【００４２】
交互に配列された半導体層から成る第２の分布ブラッグ反射器を成長するとき、ｎ型コンタクト半導体層３９上に、第２の分布ブラッグ反射器のための半導体層を成長する。
【００４３】
半導体メサのためのマスク４０を形成した後に、図２（ｃ）に示されるように、第１のｎ型スペーサ半導体層１５を露出させるために、半導体層１５、１７、１９、３７、３９をエッチングして、半導体メサ４１を形成する。半導体メサ４１は半導体層１５ａ、１７ａ、１９ａ、３７ａ、３９ａ及びトンネル接合メサ３３を含む。また、半導体層１５ａは、エッチングにより形成された露出面１５ｂを有する。
【００４４】
必要な場合には、ｐ型高濃度半導体層２１の成長に引き続く熱処理、及びｎ型高濃度半導体層２７の成長に引き続く熱処理に替えて、ｐ型高濃度半導体層２１のための熱処理はｎ型コンタクト半導体層３９を成長した後に行うことができる。この方法によってもｐ型高濃度半導体層２１からの脱水素が可能である。
【００４５】
これまでの熱処理はＲＴＡ法で行われることができる。ＲＴＡ法のための装置に窒素ガスが供給される。成長炉１０における熱処理ではなく、脱水素が熱処理専用の装置で行われる。成長用ガスの微量の残留によるコンタミネーションを避けることができる。
【００４６】
図３に示されるように、半導体メサ４１の側面及び上面並びに半導体層１５ａの露出面１５ｂ上に、絶縁膜４３を形成する。絶縁膜４３は例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物等のシリコン系無機絶縁体からなることができる。絶縁膜４３は、半導体層１５ａの露出面１５ｂ上に位置する第１の開口４３ａを有する。また、絶縁膜４３は、半導体メサ４１の上面上に位置する第２の開口４３ｂを有する。次いで、絶縁膜４３上にアノード電極４５ａ及びカソード電極４５ｂを形成する。カソード電極４５ｂは絶縁膜４３及び第１の開口４３ａに設けられており、第１のｎ型スペーサ半導体層１５ａに接触を成す。アノード電極４５ａは絶縁膜４３及び第２の開口４３ｂに設けられており、ｎ型コンタクト層３９ａに接触を成す。
【００４７】
本実施例では、半導体メサ４１及びアノード電極４５ａ上に、第２の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）４７を形成する。分布ブラッグ反射器４７は、交互に配列された第１及び第２の絶縁体層４７ａ、４７ｂを含む。必要な場合には、第２の分布ブラッグ反射器４７直下のコンタクト層３９ａを除くことができる。第１の絶縁体層４７ａは例えばシリコン酸化物からなり、第２の絶縁体層４７ｂは例えばチタン酸化物からなることができる。分布ブラッグ反射器４７は例えばリフトオフ法により作製される。
【００４８】
以上説明した方法によれば、摂氏５００度以上の熱処理温度でｐ型高濃度半導体層２３の熱処理を行うので、ｐ型高濃度半導体層２３中において脱水素が可能になる。これ故に、炭素をパッシべートしている水素の濃度が低減される。摂氏６００度以下の熱処理温度でｐ型高濃度半導体層の熱処理を行うので、炭素ドーパントが格子間サイトに拡散することを低減できる。これ故に、ｐ型高濃度半導体層中における炭素の活性化率の低下を避けることができる。
【００４９】
引き続き、図４及び図５を参照しながら、別の垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法を説明する。図４（ａ）に示されるように、半導体基板１１の主面１１ａ上に第１の分布ブラッグ反射器１３を作製する。次いで、分布ブラッグ反射器１３上に、ｎ型スペーサ半導体層１５、活性層１７、ｐ型スペーサ半導体層１９、電流閉じ込め層５１、及び別のｐ型スペーサ半導体層５３を成長する。電流閉じ込め層５１が、構成元素としてアルミニウム（Ａｌ）を含むIII−Ｖ化合物半導体からなり、例えばＡｌＧａＡｓ等からなることができる。別のｐ型スペーサ半導体層５３は例えばＣドープｎ型ＧａＡｓ層からなる。
【００５０】
次いで、原料ガス及び炭素ドーパントを成長炉１０に供給してトンネル接合のためのｐ型高濃度半導体層２１をｐ型スペーサ半導体層１９上に成長して、半導体生産物Ｅ２を形成する。ｐ型高濃度半導体層２１の成長は、例えば活性水素を含む雰囲気で行われるので、添加される炭素ドーパントは活性水素と結合してしまい、活性水素により炭素がパッシベート（不動態化）される。
【００５１】
図４（ｂ）に示されるように、ｐ型高濃度半導体層２１を成長した後に、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理２５を行う。トンネル接合のためのｎ＋型高濃度半導体層２７を成長する前に、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理２５を行うとき、ｐ型高濃度半導体層２１の表面２１ｓが熱処理の雰囲気にさらされるので、脱水素に好適である。
【００５２】
次いで、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理２５を行った後に、図４（ｃ）に示されるように、原料ガス及びｎ型ドーパントを成長炉１０に供給して、トンネル接合のためのｎ型高濃度半導体層２７を成長する。
【００５３】
本実施例においても、ｐ型高濃度半導体層２１の成長に引き続いて、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理２５は行われることが好ましい。脱水素が好適に引き起こされる。或いは、ｐ型高濃度半導体層２１の成長に引き続いて熱処理２５を行うこと無く、ｎ型高濃度半導体層２７の成長に引き続いて、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理を行うことができる。この方法では、薄膜のｎ型高濃度半導体層２７を成長した後に、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理が行われるので、脱水素に好適である。
【００５４】
ｐ型高濃度半導体層及びｎ型高濃度半導体層の成長を行った後に、垂直共振型面発光半導体レーザのために成長される複数の半導体層を摂氏６００度以下の温度で成長することが好ましい。この方法では、摂氏６００度を越える温度は、トンネル接合の特性を低下させ、例えばトンネル接合の抵抗が増大する。以下に示されるように、これらの半導体層の成長は活性水素を含む雰囲気中で行われることができる。成長温度は例えば摂氏４００度〜５００度の範囲であることが好ましい。
【００５５】
図４（ｃ）に示されるように、ｐ型高濃度半導体層２１及びｎ型高濃度半導体層２７上に、ｎ型スペーサ半導体層５５を成長する。ｎ型スペーサ半導体層５５は、トンネル接合領域３４を覆う。次いで、ｎ型スペーサ半導体層５５上にｎ型コンタクト半導体層５７を成長する。それぞれの半導体層５５、５７の成長のために、原料ガス及びドーパントを成長炉１０に供給する。第２のｎ型スペーサ半導体層５５は例えばＳｉドープｎ型ＧａＡｓ層からなる。ｎ型コンタクト半導体層５７は例えばＳｉドープｎ型ＩｎＧａＡｓ層からなる。
【００５６】
必要な場合には、ｐ＋型高濃度半導体層２１の成長に引き続く熱処理、及びｎ＋型高濃度半導体層２７の成長に引き続く熱処理に替えて、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理はｎ型コンタクト半導体層５７を成長した後に行うことができる。この方法によってもｐ型高濃度半導体層２１からの脱水素が可能である。この熱処理はＲＴＡ法で行われることができる。ＲＴＡ法のための装置に窒素ガスが供給される。
【００５７】
なお、交互に配列された半導体層から成る第２の分布ブラッグ反射器を成長するとき、ｎ型コンタクト層５７上に、第２の分布ブラッグ反射器のための半導体層を成長する。
【００５８】
図５は、本実施の形態に係る垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法における引き続く主要な工程を示す図面である。
【００５９】
図５（ａ）に示されるように、半導体メサのためのマスク６０を形成した後に、第１のｎ型スペーサ半導体層１５及び電流閉じ込め層５１の側面を露出させるために、半導体層１５、１７、１９、５１、５３、２１、２３、５５、５７をエッチングして、半導体メサ６１を形成する。これによって、半導体生産物Ｅ３が形成される。半導体メサ６１は、エッチングされた半導体層１５ｃ、１７ｃ、１９ｃ、５１ｃ、５３ｃ、５５ｃ、５７ｃ及びトンネル接合メサ３４を含む。トンネル接合メサ３４は高濃度半導体層２１ｃ、２３ｃ及びトンネル接合３５ａを含む。また、半導体層１５ｃは、エッチングにより形成された露出面１５ｄを有する。エッチングが終了した後に、マスク６０を除去する。
【００６０】
半導体生産物Ｅ３を酸素雰囲気中で高温さらすとき、電流閉じ込め層５１ｃが半導体メサ６１の側面に露出しているので、図５（ｂ）に示されるように、電流閉じ込め層５１ｃの一部が酸化されて、Ａｌ酸化物からなる電流狭窄部５１ｄが形成されると共に半導体メサ６１の中央に電流通路部５１ｅが残る。電流通路部５１ｅは電流狭窄部５１ｄに囲まれている。この方法によれば、電流閉じ込めをＡｌ酸化物からなる電流狭窄部で行うレーザダイオードが提供される。
【００６１】
必要な場合には、ｐ＋型高濃度半導体層２１の成長に引き続く熱処理、及びｎ＋型高濃度半導体層２７の成長に引き続く熱処理に替えて、ｐ型高濃度半導体層２１の熱処理は半導体メサ６１を形成した後に行うことができる。この方法によってもｐ型高濃度半導体層２１からの脱水素が可能である。この熱処理はＲＴＡ法で行われることができる。
【００６２】
図６に示されるように、半導体メサ６１の側面及び上面並びに半導体層１５ｃの露出面１５ｄ上に、絶縁膜４３を形成する。絶縁膜４３は例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物等のシリコン系無機絶縁体からなることができる。絶縁膜４３は、半導体層１５ｃの露出面１５ｄ上に位置する第１の開口４３ａを有する。また、絶縁膜４３は、半導体メサ６１の上面上に位置する第２の開口４３ｂを有する。次いで、絶縁膜４３上にアノード電極４５ａ及びカソード電極４５ｂを形成する。カソード電極４５ｂは絶縁膜４３及び第１の開口４３ａに設けられており、第１のｎ型スペーサ半導体層１５ｃに接触を成す。アノード電極４５ａは絶縁膜４３及び第２の開口４３ｂに設けられており、ｎ型コンタクト半導体層５７ｃに接触を成す。
【００６３】
本実施例では、半導体メサ６１及びアノード電極４５ａ上に、第２の分布ブラッグ反射器４７を形成する。
【００６４】
以上説明した方法によれば、摂氏５００度以上の熱処理温度でｐ型高濃度半導体層２３の熱処理を行うので、ｐ型高濃度半導体層２３中において脱水素が可能になる。これ故に、炭素をパッシべートしている水素の濃度が低減される。摂氏６００度以下の熱処理温度でｐ型高濃度半導体層の熱処理を行うので、炭素ドーパントが格子間サイトに拡散することを低減できる。これ故に、ｐ型高濃度半導体層中における炭素の活性化率の低下を避けることができる。
【００６５】
（実施例）
まず、基本とのなる作製方法を説明する。３２対のアンドープＧａＡｓ／Ａｌ０．９Ｇａ０．１Ａｓの半導体ＤＢＲを半絶縁ＧａＡｓ基板上に形成した。このＤＢＲ上に、Ｓｉ添加ＧａＡｓスペーサ層、Ｇａ０．９Ｉｎ０．３Ａｓ／ＧａＡｓの（３つのＱＷ）活性層、及びＣ添加ＧａＡｓスペーサ層を順に成長した。この後に、高濃度Ｃ添加ＩｎＧａＡｓ／Ｓｉ添加ＩｎＧａＡｓのトンネル接合層（以下「ＴＪ層」と記す）を成長した。フォトリソグラフィー及びエッチングにより、トンネル接合メサを形成した。この後に、Ｓｉ添加ＧａＡｓスペーサ層及びＳｉ添加ＧａＡｓコンタクト層を成長した。
【００６６】
この後に、半導体ＤＢＲ直上のＳｉ添加ＧａＡｓスペーサ層を露出させるように、半導体メサを形成した後に、表面保護のためＳｉＮ膜を成膜した。このＳｉＮ膜にアノード及びカソード用にそれぞれの電極窓を形成した。蒸着及びリフトオフによりアノード電極及びカソード電極を形成した。この後に、ＳｉＯ２／ＴｉＯ２の成膜及びリフトオフにより誘電体ＤＢＲを形成した。上記の基本の製造方法に基づき以下の３つのデバイス作製を行った。
【００６７】
デバイス作製Ａ：
活性層のＧａＩｎＡｓ層を成長した後に、ＴＪ層のためのＣ添加ＩｎＧａＡｓ層を成長した。熱処理を行うことなく、この成長に引き続いてＳｉ添加ＩｎＧａＡｓ層、Ｓｉ添加ＧａＡｓスペーサ層、Ｓｉ添加ＧａＡｓコンタクト層を成長した。これらの成長温度は摂氏５００度であった。基本の製造方法に従ってＶＣＳＥＬ構造Ａを作製した。
【００６８】
デバイス作製Ｂ：
活性層のＧａＩｎＡｓ層を成長した後に、ＴＪ層のためのＣ添加ＩｎＧａＡｓ層を成長した。この成長に引き続き、Ｈ２雰囲気中、摂氏７００度の処理温度、３０分間の熱処理を行った。この後に、引き続きＳｉ添加ＩｎＧａＡｓ層、Ｓｉ添加ＧａＡｓスペーサ層、Ｓｉ添加ＧａＡｓコンタクト層を成長した。基本の製造方法に従ってＶＣＳＥＬ構造Ｂを作製した。
【００６９】
デバイス作製Ｃ：
活性層のＧａＩｎＡｓ層を成長した後に、ＴＪ層のためのＣ添加ＩｎＧａＡｓ層を成長した。この成長に引き続き、Ｈ２雰囲気中、摂氏５５０度の処理温度、３０分間の熱処理を行った。この後に、引き続きＳｉ添加ＩｎＧａＡｓ層、Ｓｉ添加ＧａＡｓスペーサ層、Ｓｉ添加ＧａＡｓコンタクト層を成長した。基本の製造方法に従ってＶＣＳＥＬ構造Ｃを作製した。
【００７０】
これらのＶＣＳＥＬ構造に通電を行い、特性を評価した：
閾値      微分抵抗    最大光出力（摂氏２５度）
ＶＣＳＥＬ構造Ａ：１ｍＡ      ６０Ω      ３．５ｍＷ
ＶＣＳＥＬ構造Ｂ：１ｍＡ      ８０Ω      ３．５ｍＷ
ＶＣＳＥＬ構造Ｃ：１ｍＡ      ５０Ω      ３．５ｍＷ
ＶＣＳＥＬ構造Ｂでは微分抵抗が増大している。通電から１００時間で、ＶＣＳＥＬ構造Ａの光出力は初期値の６０％に低下したが、ＶＣＳＥＬ構造Ｂ、Ｃには光出力の低下が発生しなかった。この結果が示すように、ＶＣＳＥＬ構造Ｃでは、信頼性が良好でかつ微分抵抗も低い。
【００７１】
図７は、実施の形態における垂直共振型面発光半導体レーザを作製する方法における工程フローを示す図面である。図７（ａ）を参照すると、工程Ｓ１０１において活性層及びｐ型高濃度半導体層を半導体基板上に成長した後に、工程Ｓ１０２においてｐ型高濃度半導体層中の脱水素のための熱処理を行う。工程Ｓ１０３において、熱処理されたｐ型高濃度半導体層上にｎ型高濃度半導体層及び残りの半導体層を成長してエピタキシャル基板を作製する。この後に、工程Ｓ１０４において、絶縁膜及び電極を形成して、垂直共振型面発光半導体レーザを得る。
【００７２】
図７（ｂ）を参照すると、工程Ｓ１０１において活性層及びｐ型高濃度半導体層を成長した後に、工程Ｓ１０５においてｎ型高濃度半導体層を半導体基板上に成長する。この後に、工程Ｓ１０２においてｐ型高濃度半導体層中の脱水素のための熱処理を行う。工程Ｓ１０６において、熱処理されたｐ型高濃度半導体層及びｎ型高濃度半導体層上に残りの半導体層を成長してエピタキシャル基板を作製する。この後に、工程Ｓ１０４において、絶縁膜及び電極を形成して、垂直共振型面発光半導体レーザを得る。
【００７３】
図７（ｃ）を参照すると、工程Ｓ１０１において活性層及びｐ型高濃度半導体層を成長した後に、工程Ｓ１０７においてｎ＋型高濃度半導体層および残りの半導体層を半導体基板上に成長してエピタキシャル基板を作製する。この後に、工程Ｓ１０２においてｐ型高濃度半導体層中の脱水素のための熱処理を行う。この後に、工程Ｓ１０４において、絶縁膜及び電極を形成して、垂直共振型面発光半導体レーザを得る。
【００７４】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００７５】
１０…成長炉、１１…半導体基板、１３…分布ブラッグ反射器、１５…ｎ型スペーサ層、１７…活性層、１９…ｐ型スペーサ半導体層、２１…ｐ型高濃度半導体層、２３…量子井戸構造、２３ａ…障壁層、２３ｂ…井戸層、２５…熱処理、２７…ｎ型高濃度半導体層、３１…マスク、３３…トンネル接合メサ、３４…トンネル接合領域、３５ａ…トンネル接合、３７…ｎ型スペーサ半導体層、３９…ｎ型コンタクト半導体層、４１…半導体メサ、４３…絶縁膜、４５ａ…アノード電極、４５ｂ…カソード電極、４７…分布ブラッグ反射器、５１…電流閉じ込め層、５３…別のｐ型スペーサ半導体層、５５…ｎ型スペーサ半導体層、５７…ｎ型コンタクト半導体層、６１…半導体メサ  
【図１】
2010278347.tif 000003
【図２】
2010278347.tif 000004
【図３】
2010278347.tif 000005
【図４】
2010278347.tif 000006
【図５】
2010278347.tif 000007
【図６】
2010278347.tif 000008
【図７】
2010278347.tif 000009