(57)【要約】      （修正有）【課題】転位密度が低い半導体多層膜反射鏡の製造方法、並びに高出力で信頼性の高い垂直共振器型発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】Ｉｎ（インジウム）を組成に含む第１の窒化物半導体膜１５Ａと、第２の窒化物半導体膜と、を交互に繰り返し成長して半導体多層膜反射鏡を形成する積層ステップを有し、第１の窒化物半導体膜は、雰囲気ガスとして不活性ガスを用いて成長され、積層ステップは、第１の窒化物半導体膜の成長終了後であって第２の窒化物半導体膜の成長開始前に、水素ガスを供給して第１の窒化物半導体膜の表面を水素雰囲気中に保持する水素処理ステップを有する。【選択図】図３
2018014444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により半導体多層膜反射鏡を製造する製造方法であって、
Ｉｎ（インジウム）を組成に含む第１の窒化物半導体膜と、第２の窒化物半導体膜と、を交互に繰り返し成長して前記半導体多層膜反射鏡を形成する積層ステップを有し、
前記第１の窒化物半導体膜は、雰囲気ガスとして不活性ガスを用いて成長され、
前記積層ステップは、前記第１の窒化物半導体膜の成長終了後であって前記第２の窒化物半導体膜の成長開始前に、水素ガスを供給して前記第１の窒化物半導体膜の表面を水素雰囲気中に保持する水素処理ステップを有する、
半導体多層膜反射鏡の製造方法。
【請求項２】
前記第１の窒化物半導体膜は第１の成長温度で成長され、前記水素処理ステップは前記第１の成長温度で実行される請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記第１の窒化物半導体膜は第１の成長温度で成長され、前記第２の窒化物半導体膜は前記第１の成長温度とは異なる第２の成長温度で成長される請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記第１の窒化物半導体膜は第１の成長温度で成長され、前記第２の窒化物半導体膜は、前記第１の成長温度で成長される第１の成長膜と、前記第１の成長膜の成長後に前記第１の成長温度よりも高温の第２の成長温度で成長される第２の成長膜とを有する請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項５】
前記水素処理ステップは前記第１の窒化物半導体膜の成長毎に実行される請求項１ないし４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記水素処理ステップは、前記不活性ガスと水素ガスの混合ガスを雰囲気ガスとして実行される請求項１ないし５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記水素処理ステップは、前記水素ガスのみを雰囲気ガスとして実行される請求項１ないし５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８】
前記第１の窒化物半導体膜及び前記第２の窒化物半導体膜の成長は、窒素ガスのみを雰囲気ガスとして実行される請求項１ないし７のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項９】
前記第１の窒化物半導体膜はＩｎ及びＡｌ（アルミニウム）を組成に含む窒化物半導体であり、前記第２の窒化物半導体膜はＡｌＧａＮである請求項１ないし８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の窒化物半導体膜はＡｌＩｎＮであり、前記第２の窒化物半導体膜はＧａＮである請求項１ないし８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の前記半導体多層膜反射鏡を第１の反射鏡として形成する前記積層ステップと、
前記半導体多層膜反射鏡上に少なくとも１の半導体層からなる第１半導体層を形成するステップと、
前記第１半導体層上に活性層を形成するステップと、
前記活性層上に、前記第1半導体層とは反対の導電型を有する少なくとも１の半導体層からなる第２半導体層を形成するステップと、
前記第２半導体層上に前記半導体多層膜反射鏡に対向する第２の反射鏡を形成するステップと、
を有する垂直共振器型発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体多層膜反射鏡及び垂直共振器型発光素子の製造方法、特に垂直共振器型面発光レーザ（VCSEL）などの垂直共振器型半導体発光素子に係る半導体多層膜反射鏡及び垂直共振器型発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体多層膜反射鏡を用いた垂直共振器型面発光レーザ及びその製造方法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、Ａｌ元素及びＩｎ元素を含む窒化物半導体多元混晶をＧａＮ結晶上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法により結晶成長させる製造方法が開示されている。また、ＡｌＩｎＮ結晶層とＧａＮ結晶層とを交互に積層した構造の窒化物半導体多層膜反射鏡の作製及び窒化物半導体多層膜反射鏡を用いた面発光レーザの作製について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６０７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
異なる屈折率の半導体薄膜を積層した半導体多層膜によって反射鏡を製造する場合、
半導体薄膜に貫通転位などの欠陥が高密度に存在することが問題となる。特に、垂直共振器型発光素子においては、高い反射率を有する多層膜反射鏡が求められるため、数十層に及ぶ半導体層が積層される。従って、多層膜反射鏡を構成する半導体層の転位などの欠陥の低減が課題となる。
【０００６】
さらに、転位密度の高い半導体多層膜反射鏡を垂直共振器型発光素子の反射鏡として用いた場合、半導体多層膜反射鏡上に成長する半導体層の結晶性も低下するため、発光出力が低く、また高い信頼性を確保することが困難となる。従って、半導体多層膜反射鏡中の転位密度の低減及び多層膜反射鏡上の半導体層の結晶性の改善が課題となる。
【０００７】
本発明は上記した点に鑑みてなされたものであり、転位密度が低い半導体多層膜反射鏡の製造方法を提供することを目的としている。また、高出力で信頼性の高い垂直共振器型発光素子の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体多層膜反射鏡の製造方法は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により半導体多層膜反射鏡を製造する製造方法であって、
Ｉｎ（インジウム）を組成に含む第１の窒化物半導体膜と、第２の窒化物半導体膜と、を交互に繰り返し成長して半導体多層膜反射鏡を形成する積層ステップを有し、
第１の窒化物半導体膜は、雰囲気ガスとして不活性ガスを用いて成長され、
積層ステップは、第１の窒化物半導体膜の成長終了後であって第２の窒化物半導体膜の成長開始前に、水素ガスを供給して第１の窒化物半導体膜の表面を水素雰囲気中に保持する水素処理ステップを有する。
【０００９】
本発明の垂直共振器型発光素子の製造方法は、
上記の半導体多層膜反射鏡を第１の反射鏡として形成する積層ステップと、
記半導体多層膜反射鏡上に少なくとも１の半導体層からなる第１半導体層を形成するステップと、
第１半導体層上に活性層を形成するステップと、
活性層上に、第1半導体層とは反対の導電型を有する少なくとも１の半導体層からなる第２半導体層を形成するステップと、
第２半導体層上に前記半導体多層膜反射鏡に対向する第２の反射鏡を形成するステップと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】垂直共振器型発光素子の製造に用いられる半導体発光素子ウエハの断面構造を模式的に示す断面図である。
【図２】多層膜反射鏡の詳細構造を模式的に示す断面図である。
【図３】多層膜反射鏡の結晶成長シーケンスを模式的に示す図である。
【図４】垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）の一例の断面構造を模式的に示す断面図である。
【図５Ａ】本発明の３ペアの多層膜反射鏡の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した観察画像である。
【図５Ｂ】比較例の３ペアの多層膜反射鏡の表面のＡＦＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。
【実施例１】
【００１２】
垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ : Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などの垂直共振器型発光素子に用いられる半導体発光素子ウエハ（以下、単に半導体ウエハともいう。）１０の結晶成長について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１は、垂直共振器型発光素子の製造に用いられる半導体ウエハ１０の断面構造を模式的に示す断面図である。
【００１４】
ＧａＮ（窒化ガリウム）結晶の成長用基板（以下、単に成長基板とも称する。）１１上に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて、発光層を含む窒化物半導体層の結晶成長を行った。なお、III族材料（ＭＯ原料）としてＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）を用い、Ｖ族材料としてアンモニア（ＮＨ3）を用いた。また、ｎ型不純物材料ガスにはＳｉＨ4（シラン）を用い、ｐ型不純物材料ガスにはＣＰ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用いた。
[半導体多層膜反射鏡の結晶成長プロセス]
成長基板１１上に、アンドープＧａＮからなる下地層（バッファ）層１３を５００ｎｍ（ナノメートル）の層厚で成長した。なお、基板温度（成長温度）は１０５０℃とし、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を供給した。
【００１５】
バッファ層１３上に、ＡｌＩｎＮ層及びＧａＮ層を交互に成長し、窒化物半導体薄膜からなる多層膜反射鏡１５を形成した。
【００１６】
以下に、図を参照して多層膜反射鏡１５の形成方法について詳細に説明する。図２は、多層膜反射鏡１５の詳細構造を模式的に示す断面図である。図３は、多層膜反射鏡１５の結晶成長シーケンスを模式的に示す図である。
【００１７】
図２に示すように、多層膜反射鏡１５は、第１の半導体薄膜１５Ａ及び第２の半導体薄膜１５Ｂが交互に成長されて構成されている。すなわち、多層膜反射鏡１５は、半導体分布ブラッグ反射器（半導体ＤＢＲ）である。より具体的には、多層膜反射鏡１５は、活性層２０の発光波長（例えば、空気中の発光波長が４１０ｎｍ）を反射中心波長とする反射鏡として構成されている。
【００１８】
まず、アンドープＧａＮ層１３上に、第１の屈折率ｎ1を有する第１の半導体薄膜１５Ａを成長した。具体的には、図３の成長シーケンスに示すように、基板温度（成長温度）Ｔｓが８１５℃（＝ＴＰ１：第１の成長温度）において、キャリアガス（雰囲気ガス）として窒素（Ｎ2）のみを供給し（図中、“ＯＮ”）、また、III族ＭＯ材料であるＴＭＡ、ＴＭＩ及びＶ族材料であるアンモニア（ＮＨ3）を反応炉内に供給し（図中、“ＯＮ”）、層厚が４５ｎｍのＡｌ0.82Ｉｎ0.18Ｎ結晶層である第１の半導体薄膜１５Ａを成長した（時刻Ｔ＝Ｔ１〜Ｔ２）。なお、キャリアガス（雰囲気ガス）は、Ａｒ（アルゴン）、Ｎｅ（ネオン）等の不活性ガスであってもよい。又は、これら不活性ガスの混合ガスであってもよい。
【００１９】
第１の半導体薄膜１５Ａは、反射中心波長４１０ｎｍに対する１／４波長光学膜厚を有する。すなわち、第１の半導体薄膜１５Ａは、第１の屈折率ｎ1及び第１の膜厚ｄAを有するλ／４光学膜である。
【００２０】
次に、基板温度Ｔｓを８１５℃（＝ＴＰ１）に維持したまま、ＴＭＡ及びＴＭＩの供給を止め（図中、“ＯＦＦ”）、キャリアガスとして窒素（図中、Ｎ2フローの実線）に加え水素（Ｈ2）をさらに供給し１０秒間（Ｔ＝Ｔ２〜Ｔ３）保持した。すなわち、ＡｌＩｎＮ層である第１の半導体薄膜１５Ａの成長後にＡｌＩｎＮ層の表面を水素混合雰囲気に曝す処理（水素処理）ＨＰを行った。キャリアガス中の水素ガスは流量（ｌ/min）の割合で３０％以上含まれていることが好ましい。
【００２１】
次に、基板温度Ｔｓを８１５℃（＝ＴＰ１）に維持したまま、キャリアガスの水素を停止し、窒素のみの雰囲気としてIII族ＭＯ材料であるＴＭＧａを反応炉内に供給し、膜厚ｄB1が約１０ｎｍのＧａＮ結晶層である半導体薄膜１５Ｂ１を形成した（Ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４）。なお、図２には、第１の半導体薄膜１５Ａ及び第２の半導体薄膜１５Ｂ（すなわち、半導体薄膜１５Ｂ１及び１５Ｂ２）の部分拡大図（破線内）を示している。
【００２２】
この後、ＴＭＧａの供給を一旦停止し、結晶成長を中断した。その後、基板温度Ｔｓを１，０５０℃ （＝ＴＰ２：第２の成長温度）まで昇温した（Ｔ＝Ｔ４〜Ｔ５）。基板温度Ｔｓが１，０５０℃において、再度ＴＭＧａを供給して層厚が約３０ｎｍのＧａＮ結晶層である半導体薄膜１５Ｂ２を形成した（Ｔ＝Ｔ５〜Ｔ６）。これにより、第１の半導体薄膜１５Ａ上に、同一結晶組成の半導体薄膜１５Ｂ１（第１の成長膜）及び半導体薄膜１５Ｂ２（第２の成長膜）からなり、ＧａＮ層である第２の半導体薄膜１５Ｂを形成した。
【００２３】
第２の半導体薄膜１５Ｂは、反射中心波長４１０ｎｍに対する１／４波長光学膜厚を有する。すなわち、第２の半導体薄膜１５Ｂは、第２の屈折率ｎ2及び第２の膜厚ｄBを有するλ／４光学膜である。
【００２４】
第２の半導体薄膜１５Ｂの成長後、上記した成長シーケンスにより、第１の半導体薄膜１５Ａの成長（Ｔ＝Ｔ７〜Ｔ８）、第１の半導体薄膜１５Ａの水素処理（ＨＰ）（Ｔ＝Ｔ８〜Ｔ９）、半導体薄膜１５Ｂ１及び１５Ｂ２（すなわち、第２の半導体薄膜１５Ｂ）の成長（Ｔ＝Ｔ９〜Ｔ１０、Ｔ１１〜Ｔ１２）を繰り返した。
【００２５】
以上のように、第１の半導体薄膜１５ＡであるＡｌＩｎＮ層と、第２の半導体薄膜１５ＢであるＧａＮ層とを交互に積層した窒化物半導体からなる多層膜反射鏡１５をアンドープＧａＮ層１３上に形成した。なお、本実施例では、第１の半導体薄膜１５Ａ及び第２の半導体薄膜１５Ｂを４０ペア（すなわち、第１の半導体薄膜１５Ａが４１層、第２の半導体薄膜１５Ｂが４０層）積層した。
【００２６】
なお、第１の半導体薄膜１５ＡはＩｎ（インジウム）を組成に含む窒化物半導体であり、第２の半導体薄膜１５Ｂは窒化物半導体であればよい。例えば、第１の半導体薄膜１５ＡはＩｎ及びＡｌ（アルミニウム）を組成に含む窒化物半導体、例えばＡｌＩｎＧａＮでもよい。また、第２の半導体薄膜１５ＢはＡｌＧａＮなどのＩｎを含まない窒化物半導体であってもよい。
【００２７】
以上説明したように、第１の半導体薄膜１５Ａは雰囲気ガスとして不活性ガスを用いて成長される。また、第１の半導体薄膜１５Ａの成長終了後、第２の半導体薄膜１５Ｂの成長開始前に、水素ガスを供給して第１の半導体薄膜１５Ａの成長表面を水素混合雰囲気中に保持する（水素混合ガスに曝す）水素処理を行う。すなわち、半導体の結晶成長の停止期間中に、第１の半導体薄膜１５Ａの成長表面を水素混合雰囲気中に保持する。水素処理後、第１の半導体薄膜１５Ａ上に、第２の半導体薄膜１５Ｂを成長する。このように、第１の半導体薄膜１５Ａ及び第２の半導体薄膜１５Ｂを交互に繰り返し成長して半導体多層膜反射鏡１５を形成する。
【００２８】
なお、第１の半導体薄膜１５Ａは、水素を含まない雰囲気において成長されるのが好ましい。また、第１の半導体薄膜１５Ａは、不活性ガスのみを用いて成長されるのが好ましい。
【００２９】
また、第１の半導体薄膜１５Ａの成長表面の水素処理は、必ずしも第１の半導体薄膜１５Ａの成長毎に行われなくてもよいが、第１の半導体薄膜１５Ａの成長毎に行われることが好ましい。また、当該水素処理は、水素ガスのみの雰囲気で行われてもよい。なお、図３において、Ｎ2のフロー中の破線（Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ８〜Ｔ９）は、窒素ガスの供給を停止して雰囲気ガスを水素ガスのみとした場合を示している。
【００３０】
また、水素処理の時間は上記した時間に限らない。水素処理の時間や水素の供給量は、第１の半導体薄膜１５Ａの表面のＩｎクラスタ量などに応じて適宜設定することができる。
【００３１】
また、第１の半導体薄膜１５Ａの成長終了後に、第１の半導体薄膜１５Ａの成長温度（第１の成長温度）において半導体薄膜１５Ｂ１（第２の半導体薄膜１５Ｂの一部）を成長し、その後、昇温して半導体薄膜１５Ｂ２（第２の半導体薄膜１５Ｂの一部）を成長する場合について説明した。当該半導体薄膜１５Ｂ１は、第１の半導体薄膜１５Ａの表面からのＩｎの脱離などを防ぎ、保護するキャップ層としての機能を有する。なお、当該キャップ層としての半導体薄膜１５Ｂ１は必ずしも設けなくてもよい。
【００３２】
第１の半導体薄膜１５Ａ及び第２の半導体薄膜１５Ｂの各々の成長温度は、第１の半導体薄膜１５Ａ及び第２の半導体薄膜１５Ｂの組成などに応じて適宜設定されてもよい。
[垂直共振器型発光素子の半導体発光構造層の成長プロセス]
次に、垂直共振器型発光素子の半導体発光構造層について説明する。再度、図１を参照すると、多層膜反射鏡１５上に、成長温度を１０５０℃として、層厚が４３０ｎｍのｎ型ＧａＮ層１７を成長した。なお、ＳｉＨ4を供給し、ｎ型不純物であるＳｉが１×１０19ｃｍ-3の濃度でドーピングを行った。
【００３３】
ｎ型ＧａＮ層１７上に、層厚が３ｎｍのＧａＩｎＮ量子井戸層と、層厚が６ｎｍのＧａＮバリア層とで構成された、５層の量子井戸層を有する量子井戸構造の活性層２０を成長した。
【００３４】
活性層２０上に、層厚が２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層２１を成長した。なお、ＣＰ２Ｍｇを供給し、Ｍｇが２×１０19ｃｍ-3の濃度でドーピングを行った。ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層２１は、電子ブロック層として機能する。
【００３５】
ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層２１上に、ｐ型クラッド層として層厚が７０ｎｍのｐ型ＧａＮ層２３を成長した。なお、ＣＰ２Ｍｇを供給し、Ｍｇが２×１０19ｃｍ-3の濃度でドーピングを行った。
【００３６】
ｐ型ＧａＮ層２３上に、層厚が１０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２５を成長した。なお、ＣＰ２Ｍｇを供給し、Ｍｇが２×１０20ｃｍ-3の濃度でドーピングを行った。
【００３７】
ｐ型ＡｌＧａＮ層２１、ｐ型ＧａＮ層２３及びｐ型ＧａＮコンタクト層２５が第２の半導体層を構成する。
【００３８】
以上の工程により、多層膜反射鏡１５上に、第１導電型（本実施例においては、ｎ型）の第１の半導体層（ｎ型ＧａＮ層）、活性層（発光層）、第１導電型とは反対の第２導電型（ｐ型）を有する第２の半導体層（ｐ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＧａＮ層及びｐ型ＧａＮコンタクト層）、からなる半導体発光構造層が形成された。
【００３９】
なお、第１及び第２の半導体層の組成は上記した組成に限らない。また、第１及び第２の半導体層は、少なくとも１の半導体層を有する窒化物半導体層として構成されていてもよい。例えば、異なる結晶組成の半導体層が積層されていてもよい。また、いわゆる電子ブロック層、正孔ブロック層、コンタクト層などを有していてもよい。あるいは、異なる不純物濃度の半導体層が積層されていてもよい。また、例えば、第１導電型とは反対の第２導電型を有する第２の半導体層上に、トンネル接合半導体層が形成されていてもよい。
【００４０】
また、多層膜反射鏡１５上に形成された第１の半導体層に電極を形成する場合について説明したが、電極は活性層に電流注入できるように構成されていればよい。例えば、多層膜反射鏡１５が第１導電型を有するように不純物ドーピングされ、多層膜反射鏡１５に接続された電極が形成されていてもよい。
【００４１】
以上の工程により、共振器長が波長の整数倍（本実施例では、４波長）に相当する共振器長を有する垂直共振器型発光素子の半導体発光構造層を多層膜反射鏡１５上に形成した。
[垂直共振器面発光型レーザの製造工程]
以下に、垂直共振器型発光素子の一例として、垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）３０の製造工程について、図面を参照して詳細に説明する。図４は、垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）３０の一例の断面構造を模式的に示す断面図である。
【００４２】
垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）３０は、上記した半導体ウエハ１０を用いて製造される。
【００４３】
半導体ウエハ１０をフォトレジストを用いてパターニングし、半導体ウエハ１０を部分的にエッチングすることによってｎ型ＧａＮ層１７を露出させる（露出部１７Ｅ）。例えば、塩素ガスによるドライエッチングを用いることができる。
【００４４】
ｐ型ＧａＮコンタクト層２５上に、例えば直径が１０μｍ（マイクロメートル）の円形のフォトレジストをパターニング形成する。次に、ＳｉＯ2膜を２０ｎｍの厚さで成膜し、リフトオフすることで、中央部に１０μｍ径の開口部を有するＳｉＯ2絶縁膜３３を形成する。
【００４５】
ＳｉＯ2絶縁膜３３の開口部から露出するｐ型ＧａＮコンタクト層２５を覆うように、ＳｉＯ2絶縁膜３３上にｐ側コンタクト電極３４を形成する。ｐ側コンタクト電極３４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の金属酸化物からなる透明電極を、例えば２０ｎｍの厚さで成膜することにより形成する。
【００４６】
ｐ側コンタクト電極３４の外周部、少なくともＳｉＯ2絶縁膜３３の開口部の外側にワイヤーボンディングのためのパッド部を有するｐ電極３５を形成する。ｐ電極３５は、例えばＴｉ（チタン）／Ａｕ（金）を成膜することで形成できる。
【００４７】
また、ｎ型ＧａＮ層１７の露出部１７Ｅ上に、ｎ電極３１を形成する。例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕを成膜することでｎ電極３１を形成する。
【００４８】
最後に、フォトグラフィ法及びリフトオフ法によって、透明電極であるｐ側コンタクト電極３４上に、誘電体膜を積層して誘電体多層反射膜（誘電体ＤＢＲ）３７を形成する。誘電体多層反射膜３７は、４１０ｎｍを反射中心波長とする誘電体多層膜であって、例えばＳｉＯ2膜／ＺｒＯ2膜を８ペア積層して形成できる。誘電体多層反射膜３７は多層膜反射鏡１５に対向して配されるが、上記したように、ｐ側コンタクト電極３４などの電極やＳｉＯ2絶縁膜３３などの絶縁膜を介して第２の半導体層上に形成されていてもよい。
【００４９】
すなわち、誘電体多層反射膜３７は、多層膜反射鏡１５（第１の反射鏡）に対向して配された反射鏡（第２の反射鏡）として機能し、多層膜反射鏡１５及び誘電体多層反射膜３７は反射共振器を構成する。
【００５０】
以上の工程により、共振器長が波長の整数倍（上記実施例では、４波長）に相当する共振器を有する垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）３０が製造される。
[半導体多層膜反射鏡（半導体ＤＢＲ）１５の結晶品質]
本発明の効果確認の比較実験を行った。図５Ａは、本発明の多層膜反射鏡１５の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した観察画像である。すなわち、図５Ａは、ＡｌＩｎＮ層である第１の半導体薄膜１５Ａの成長後に第１の半導体薄膜１５Ａの表面（すなわち、ＡｌＩｎＮ層の表面）を水素混合雰囲気に曝す処理（水素処理）ＨＰを行って製作した多層膜反射鏡１５の表面を観察したＡＦＭ画像である。また、図５Ｂは、比較例としての多層膜反射鏡の表面を観察したＡＦＭ画像である。すなわち、図５Ｂは、当該水素処理工程を行わなかった点を除いて、本実施例の多層膜反射鏡１５と同じ工程で製作した多層膜反射鏡の表面のＡＦＭ画像である。尚、いずれも表面観察の為、多層膜反射鏡は３ペアのみ積層した段階のものである。
【００５１】
図５Ａに示す本発明の多層膜反射鏡１５の転位密度は約１×１０6ｃｍ-2であった。一方、図５Ｂに示す比較例の多層膜反射鏡の転位密度は約２×１０7ｃｍ-2であった。すなわち、本発明の水素処理を行うことによって半導体多層膜反射鏡の転位密度を１桁以上低減することができた。
【００５２】
このような転位低減のメカニズムとして、ＡｌＩｎＮ／ＧａＮ界面のＩｎ（インジウム）のクラスタが転位の発生起因と考えられる。ＡｌＩｎＮの表面を水素混合ガスに曝すことによりＩｎのクラスタが選択的に除去されることによって、ＡｌＩｎＮ／ＧａＮ界面から生じる転位が抑制されたことが示唆される。
【００５３】
垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）などの垂直共振器型発光素子においては、半導体多層膜反射鏡は高反射率、例えば９９％以上の高反射率を有することが好ましい。例えば、波長が４１０ｎｍの面発光レーザのｎ側の反射鏡をＡｌＩｎＮ／ＧａＮ等の半導体多層膜で作製する場合、半導体層を数十層積層することが好ましい。しかしながら従来の製造方法で半導体多層膜反射鏡を製作する場合、多層膜表面の転位密度が大きく、半導体多層膜反射鏡上に成長する半導体層及び活性層の転位密度が大きくなる。従って、光出力が低く、信頼性にも問題があった。
【００５４】
本実施例の半導体多層膜反射鏡によれば、多層膜反射鏡中の転位密度を大きく低減できる。また、多層膜反射鏡上に形成される半導体層の転位密度も大きく低減することができる。従って、光出力が大きく、また、信頼性の高い垂直共振器型発光素子を提供することができる。
【００５５】
なお、特に記載の無い限り、上記実施例における成長条件（成長温度、成長時間、ＭＯ原料などの原料ガスなど）、半導体層の層厚、層数、ドーピング濃度などは例示に過ぎない。用いられる半導体層（組成）、発光波長、素子構造などに応じて適宜設定することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１１：成長基板、１３：バッファ層、１５：半導体多層膜反射鏡，１５Ａ：第１の半導体薄膜、１５Ｂ：第２の半導体薄膜、１５Ｂ１：成長膜、１５Ｂ２：成長膜、１７：第１の半導体層、２０：活性層、２７：第２の半導体層、３０：垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）、３１：ｎ電極、３５：ｐ電極、３７：誘電体多層反射膜、
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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