(57)【要約】      （修正有）【課題】転位密度が低い半導体多層膜反射鏡、また、高出力で信頼性の高い垂直共振器型発光素子、及びその製造方法を提供する。【解決手段】Ｉｎを組成に含む第１の窒化物半導体膜１５Ａと、Ｉｎを組成に含まない第２の窒化物半導体膜１５Ｂと、が交互に形成された半導体多層膜反射鏡１５であって、第１の窒化物半導体膜と第２の窒化物半導体膜との間に、第１の窒化物半導体膜の組成から第２の窒化物半導体膜の組成に組成が次第に変化する膜間遷移層１５Ｃを有し、膜間遷移層は、ＩｎおよびＡｌを組成に含む第１の遷移層１５Ｃ１と、第１の遷移層上に形成されてＡｌを組成に含みＩｎを組成に含まない第２の遷移層１５Ｃ２とを有し、第１の遷移層において、第１の窒化物半導体膜から第２の遷移層に向かうに従い、Ｉｎの含有率及びＡｌの含有率が減少し、Ｉｎの含有率の減少はＡｌの含有率の減少よりも第１の窒化物半導体膜に近い位置もしくは同じ位置から始まる。【選択図】図２
2018098347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉｎ（インジウム）を組成に含む第１の窒化物半導体膜と、Ｉｎを組成に含まない第２の窒化物半導体膜と、が交互に繰り返し形成された半導体多層膜反射鏡であって、
前記第１の窒化物半導体膜と前記第２の窒化物半導体膜との間に、前記第１の窒化物半導体膜の組成から前記第２の窒化物半導体膜の組成に、組成が次第に変化する膜間遷移層を有し、
前記膜間遷移層は、前記第１の窒化物半導体膜上に形成されてＩｎおよびＡｌ（アルミニウム）を組成に含む第１の遷移層と、前記第１の遷移層上に形成されてＡｌを組成に含みＩｎを組成に含まない第２の遷移層と、を有し、
前記第１の遷移層において、前記第１の窒化物半導体膜から前記第２の遷移層に向かうに従い、Ｉｎの含有率（atomic％）及びＡｌの含有率が減少し、
前記第１の遷移層における前記Ｉｎの含有率の減少は前記Ａｌの含有率の減少よりも前記第１の窒化物半導体膜に近い位置もしくは同じ位置から始まることを特徴とする半導体多層膜反射鏡。
【請求項２】
前記第１の遷移層において、前記Ｉｎの含有率は、前記第２の遷移層に向かうに従い、前記Ａｌの含有率よりも大きな減少の程度で減少することを特徴とする請求項１に記載の半導体多層膜反射鏡。
【請求項３】
前記第２の窒化物半導体膜はＧａ（ガリウム）を組成に含み、
前記第１の遷移層は、前記第１の窒化物半導体膜から前記第２の遷移層に向かうに従い、Ｇａの含有率が次第に増加し、Ａｌの含有率が単調に又は段階的に減少し、Ｉｎの含有率が単調に又は段階的に減少して実質的にゼロとなる、ＡｌＧａＩｎＮからなる組成変化層であり、
前記第２の遷移層は、前記第１の遷移層から前記第２の窒化物半導体膜に向かうに従い、Ａｌの含有率が単調に又は段階的に減少して実質的にゼロとなる、ＡｌＧａＮからなる組成変化層であることを特徴とする請求項２に記載の半導体多層膜反射鏡。
【請求項４】
前記第１の窒化物半導体膜はＡｌＩｎＮ層であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体多層膜反射鏡。
【請求項５】
前記第２の窒化物半導体膜はＧａＮ層であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体多層膜反射鏡。
【請求項６】
Ｉｎを組成に含む第１の窒化物半導体膜と、Ｉｎを組成に含まない第２の窒化物半導体膜と、が交互に繰り返し形成された半導体多層膜反射鏡であって、
前記第１の窒化物半導体膜と前記第２の窒化物半導体膜との間に、前記第１の窒化物半導体膜の組成から前記第２の窒化物半導体膜の組成に、組成が次第に変化する膜間遷移層を有し、
前記膜間遷移層は、前記第１の窒化物半導体膜上に形成されてＩｎおよびＡｌを組成に含む第１の遷移層と、前記第１の遷移層上に形成されてＡｌを組成に含みＩｎを組成に含まない第２の遷移層と、を有し、
前記第１の窒化物半導体膜における含有率を１として規格化したとき、前記第１の遷移層において、層厚方向のいずれの位置においても規格化されたＩｎ含有率は規格化されたＡｌ含有率よりも小さいことを特徴とする半導体多層膜反射鏡。
【請求項７】
請求項１又は６に記載の半導体多層膜反射鏡を第１の反射鏡とし、
前記第１の反射鏡上に形成された、少なくとも１つの半導体層からなる第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成された、前記第1の半導体層とは反対の導電型を有する少なくとも１つの半導体層を含む第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上に形成された、前記第１の反射鏡に対向する第２の反射鏡と、
を有することを特徴とする垂直共振器型発光素子。
【請求項８】
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を組成に含む第１の窒化物半導体膜と、Ｉｎを組成に含まない第２の窒化物半導体膜と、を交互に繰り返し成長する積層ステップを有し、
前記積層ステップは、
前記第１の窒化物半導体膜を成長するステップと、
前記第１の窒化物半導体膜の成長後であって前記第２の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する前に、前記第２の窒化物半導体膜を０ｎｍより大きく１ｎｍ以下の層厚で形成する時間条件で、前記第２の窒化物半導体膜の材料ガスを供給する材料ガス供給ステップ、前記材料ガス供給ステップの後に、前記第２の窒化物半導体膜の前記材料ガスの供給を停止して所定の時間保持する保持ステップ及び、前記保持ステップの後に、成長温度を前記第２の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する昇温ステップを行って膜間遷移層を形成するステップと、
前記昇温ステップの後に、前記第２の窒化物半導体膜の材料ガスを供給して前記第２の窒化物半導体膜を成長するステップと、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項９】
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及びＡｌを組成に含む第１の窒化物半導体膜と、Ｉｎを組成に含まない第２の窒化物半導体膜と、を交互に繰り返し成長する積層ステップを有し、
前記積層ステップは、
前記第１の窒化物半導体膜を成長するステップと、
前記第１の窒化物半導体膜の成長後であって前記第２の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する前に、Ｉｎの材料ガスの供給を停止しつつ所定の時間保持する第１の停止ステップ、前記第１の停止ステップの後に、Ａｌの材料ガスの供給を停止する第２の停止ステップ、前記第２の停止ステップの後に、前記第２の窒化物半導体膜の材料ガスを供給して前記第２の窒化物半導体膜からなるキャップ層を形成するキャップ層形成ステップ及び、前記キャップ層形成ステップの後に、成長温度を前記第２の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する昇温ステップを行って膜間遷移層を形成するステップと、
前記昇温ステップの後に、前記第２の窒化物半導体膜の材料ガスを供給して前記第２の窒化物半導体膜を成長するステップと、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
請求項１又は６に記載の半導体多層膜反射鏡を第１の反射鏡として形成するステップと、
前記第１の反射鏡上に少なくとも１つの半導体層からなる第１の半導体層を形成するステップと、
前記第１の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の半導体層とは反対の導電型を有する少なくとも１つの半導体層からなる第２の半導体層を形成するステップと、
前記第２の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、
を有することを特徴と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これを用いた垂直共振器型発光素子、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に関する。また、これらの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】
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。また、半導体多層膜反射鏡の製造において、半導体膜表面のマイクロクラックの発生を抑制する技術が知られている。
【０００３】
例えば、非特許文献１には、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層とを交互に成長した半導体多層膜反射鏡である分布ブラッグ反射鏡（ＤＢＲ：Distributed Bragg Reflector）が開示されている。また、非特許文献１には、当該ＤＢＲの製造において、ＡｌＩｎＮ層上にＡｌＩｎＮ層の成長条件と同温度で５ｎｍのＧａＮ層を成長させたＧａＮキャップ層を形成し（低温ＧａＮキャップ層）、その後、より高温の条件下でＧａＮ層（高温ＧａＮ層）を形成することで、ＤＢＲ表面のマイクロクラックの発生を抑制し、平坦性を向上させることが開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Journal of Crystal Growth Volume 414, 2015,P105
【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て半導体多層膜反射鏡を製造する場合、半導体薄膜にマイクロクラックや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っていた。例えば、上記した非特許文献１のような半導体ＤＢＲを作製した場合、貫通転移が高密度に発生するなど、欠陥の抑制が困難であった。
【０００６】
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。例えば、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、発光出力が低くなり、また高い信頼性を確保することが困難であった。従って、多層膜反射鏡を構成する半導体層の表面の平坦性や結晶性を向上させることによって高い反射率を得ることが課題であった。
【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及びそ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及びそ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は、Ｉｎ（インジウム）を組成に含む第１の窒化物半導体膜と、Ｉｎを組成に含まない第２の窒化物半導体膜と、が交互に繰り返し形成された半導体多層膜反射鏡であって、第１の窒化物半導体膜と第２の窒化物半導体膜との間に、第１の窒化物半導体膜の組成から第２の窒化物半導体膜の組成に、組成が次第に変化する膜間遷移層を有し、膜間遷移層は、第１の窒化物半導体膜上に形成されてＩｎおよびＡｌ（アルミニウム）を組成に含む第１の遷移層と、第１の遷移層上に形成されてＡｌを組成に含みＩｎを組成に含まない第２の遷移層と、を有し、当該第１の遷移層において、第１の窒化物半導体膜から第２の遷移層に向かうに従い、Ｉｎの含有率（atomic %）及びＡｌの含有率が減少し、第１の遷移層におけるＩｎの含有率の減少はＡｌの含有率の減少よりも第１の窒化物半導体膜に近い位置もしくは同じ位置から始まることを特徴とする。
【０００９】
本発明の半導体多層膜反射鏡は、Ｉｎを組成に含む第１の窒化物半導体膜と、Ｉｎを組成に含まない第２の窒化物半導体膜と、が交互に繰り返し形成された半導体多層膜反射鏡であって、第１の窒化物半導体膜と第２の窒化物半導体膜との間に、第１の窒化物半導体膜の組成から第２の窒化物半導体膜の組成に、組成が次第に変化する膜間遷移層を有し、膜間遷移層は、第１の窒化物半導体膜上に形成されてＩｎおよびＡｌを組成に含む第１の遷移層と、第１の遷移層上に形成されてＡｌを組成に含みＩｎを組成に含まない第２の遷移層と、を有し、当該第１の窒化物半導体膜における含有率を１として規格化したとき、第１の遷移層において、層厚方向のいずれの位置においても規格化されたＩｎ含有率は規格化されたＡｌ含有率よりも小さいことを特徴とする。
【００１０】
本発明の垂直共振器型発光素子は、請求項１又は６に記載の半導体多層膜反射鏡を第１の反射鏡とし、第１の反射鏡上に形成された、少なくとも１つの半導体層からなる第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成された活性層と、活性層上に形成された、第1の半導体層とは反対の導電型を有する少なくとも１つの半導体層を含む第２の半導体層と、第２の半導体層上に形成された、第１の反射鏡に対向する第２の反射鏡と、を有することを特徴とする。
【００１１】
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を組成に含む第１の窒化物半導体膜と、Ｉｎを組成に含まない第２の窒化物半導体膜と、を交互に繰り返し成長する積層ステップを有し、当該積層ステップは、第１の窒化物半導体膜を成長するステップと、第１の窒化物半導体膜の成長後であって第２の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する前に、第２の窒化物半導体膜を０ｎｍより大きく１ｎｍ以下の層厚で形成する時間条件で、第２の窒化物半導体膜の材料ガスを供給する材料ガス供給ステップ、材料ガス供給ステップの後に、第２の窒化物半導体膜の材料ガスの供給を停止して所定の時間保持する保持ステップ及び、保持ステップの後に、成長温度を前記第２の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する昇温ステップを行って膜間遷移層を形成するステップと、昇温ステップの後に、第２の窒化物半導体膜の材料ガスを供給して第２の窒化物半導体膜を成長するステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、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及びＡｌを組成に含む第１の窒化物半導体膜と、Ｉｎを組成に含まない第２の窒化物半導体膜と、を交互に繰り返し成長する積層ステップを有し、当該積層ステップは、第１の窒化物半導体膜を成長するステップと、第１の窒化物半導体膜の成長後であって第２の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する前に、Ｉｎの材料ガスの供給を停止しつつ所定の時間保持する第１の停止ステップ、第１の停止ステップの後に、Ａｌの材料ガスの供給を停止する第２の停止ステップ、第２の停止ステップの後に、第２の窒化物半導体膜の材料ガスを供給して第２の窒化物半導体膜からなるキャップ層を形成するキャップ層形成ステップ及び、キャップ層形成ステップの後に、成長温度を第２の窒化物半導体膜の成長温度に昇温する昇温ステップを行って膜間遷移層を形成するステップと、昇温ステップの後に、第２の窒化物半導体膜の材料ガスを供給して第２の窒化物半導体膜を成長するステップと、を有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の垂直共振器型発光素子の製造方法は、請求項１又は６に記載の半導体多層膜反射鏡を第１の反射鏡として形成するステップと、第１の反射鏡上に少なくとも１つの半導体層からなる第１の半導体層を形成するステップと、第１の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の半導体層とは反対の導電型を有する少なくとも１つの半導体層からなる第２の半導体層を形成するステップと、第２の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、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】本発明の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】実施例１の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】本発明の多層膜反射鏡の断面のＴＥＭ観察像である。
【図５Ｂ】本発明の多層膜反射鏡の断面のＴＥＭ-ＥＤＸ分析結果を示すグラフである。
【図５Ｃ】本発明の多層膜反射鏡の断面のＴＥＭ-ＥＤＸ分析結果を示すグラフである。
【図６Ａ】比較例の多層膜反射鏡の断面のＴＥＭ観察像である。
【図６Ｂ】比較例の多層膜反射鏡の断面のＴＥＭ-ＥＤＸ分析結果を示すグラフである。
【図７Ａ】本発明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７Ｂ】比較例の多層膜反射鏡の表面のＡＦＭ画像である。
【図８】本発明の多層膜反射鏡の実施例２の結晶成長シーケンスを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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】
【００１６】
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。
【００１７】
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。図１において、Ｃ面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、アンドープＧａＮからなる下地層（バッファ）層１３が形成されている。
【００１８】
バッファ層１３上に、半導体多層膜反射鏡１５が形成されている。半導体多層膜反射鏡１５上に、第１導電型の第１の半導体層１７、発光層２０が形成されている。
【００１９】
発光層２０上には、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２７が形成されている。本実施例においては、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型である場合について説明する。なお、第２の半導体層２７は、ｐ型ＡｌＧａＮ層２１、ｐ型ＧａＮ層２３及びｐ型ＧａＮコンタクト層２５がこの順に形成されて構成されている。
【００２０】
図２は、半導体多層膜反射鏡１５の詳細な断面構造を示す断面図である。図２に示すように、半導体多層膜反射鏡１５は、第１の窒化物半導体膜１５Ａ及び第２の窒化物半導体膜１５Ｂが交互に成長されて構成されている。
【００２１】
半導体多層膜反射鏡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、半導体多層膜反射鏡１５は、発光層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。
【００２２】
第１の窒化物半導体膜１５Ａは、第１の屈折率ｎ1を有する。また、第１の窒化物半導体膜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の窒化物半導体膜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。また、第２の窒化物半導体膜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の窒化物半導体膜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。
【００２３】
図２中には、第１の窒化物半導体膜１５Ａと第２の窒化物半導体膜１５Ｂとの間の界面の拡大図を示している。第１の窒化物半導体膜１５Ａと第２の窒化物半導体膜１５Ｂとの間には、第１の窒化物半導体膜１５Ａの組成から第２の窒化物半導体膜１５Ｂの組成に、積層方向（成長方向）に従って結晶組成が次第に変化する膜間遷移層１５Ｃが形成されている。より詳細には、膜間遷移層１５Ｃは、第１の窒化物半導体膜１５Ａ上に形成された第１の遷移層１５Ｃ１及び第１の遷移層１５Ｃ１上に形成された第２の遷移層１５Ｃ２を有している。
【００２４】
[半導体多層膜反射鏡の結晶成長プロセス]
次に、半導体多層膜反射鏡１５の結晶成長について説明する。有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法を用いて、半導体多層膜反射鏡１５を構成するIII-Ｖ族窒化物半導体層の結晶成長を行った。
【００２５】
当該結晶成長には、III族材料（ＭＯ原料）としてＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧａ（トリエチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、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。
【００２６】
成長基板１１上に、アンドープＧａＮ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℃とした。バッファ層１３上に、第１の窒化物半導体膜１５ＡとしてのＡｌＩｎＮ層及び第２の窒化物半導体膜１５ＢとしてのＧａＮ層を交互に成長し、半導体多層膜反射鏡１５を形成した。
【００２７】
図３は、半導体多層膜反射鏡１５の結晶成長シーケンスを模式的に示す図である。まず、アンドープＧａＮ層１３上に、第１の窒化物半導体膜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）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の窒化物半導体膜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。
【００２８】
次に、基板温度Ｔｓを８１５℃（＝ＴＰ１）に維持し、アンモニア（ＮＨ3）の供給を継続した状態で、ＴＭＡ及びＴＭＩの供給を停止し（図中、III(Ａｌ、Ｉｎ)“ＯＦＦ”）、ＴＥＧａを反応炉内に供給し、膜間遷移層１５Ｃが形成された。なお、ＴＥＧａの供給時間は、ＧａＮ結晶層を１ｎｍ以下の層厚で形成する条件に相当する（Ｔ２〜Ｔ３）。
【００２９】
その後、ＴＥＧａの供給を停止し、結晶成長を中断した（Ｔ＝Ｔ３〜Ｔ４）。その後、キャリアガスを窒素から水素（Ｈ2）に切り替え、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、ＴＭＧａを供給して層厚が約４０ｎｍのＧａＮ結晶層である第２の窒化物半導体膜１５Ｂを形成した（Ｔ＝Ｔ５〜Ｔ６）。これにより、第１の窒化物半導体膜１５Ａ上に、膜間遷移層１５Ｃ及び第２の窒化物半導体膜１５Ｂを形成した。その後、基板温度Ｔｓを８１５℃（＝ＴＰ１）に降温した（Ｔ＝Ｔ６〜Ｔ７）。
【００３０】
その後、上記した成長シーケンスにより、第１の窒化物半導体膜１５Ａの成長（Ｔ＝Ｔ１〜Ｔ２）と、膜間遷移層１５Ｃ及び第２の窒化物半導体膜１５Ｂの成長（Ｔ＝Ｔ２〜Ｔ１７）とを交互に繰り返した。
【００３１】
以上説明したように、第１の窒化物半導体膜１５ＡであるＡｌＩｎＮ層と、第２の窒化物半導体膜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半導体多層膜反射鏡１５をアンドープＧａＮ層１３上に形成した。
【００３２】
このとき、第１の窒化物半導体膜１５Ａと、第２の窒化物半導体膜１５Ｂとの間に、第１の窒化物半導体膜１５Ａの組成から第２の窒化物半導体膜１５Ｂの組成に、積層方向（成長方向）に従って結晶組成が次第に変化する膜間遷移層１５Ｃが形成された。なお、本実施例では、第１の窒化物半導体膜１５Ａ及び第２の窒化物半導体膜１５Ｂを交互に、第１の窒化物半導体膜１５Ａが４１層、第２の窒化物半導体膜１５Ｂが４０層となるように交互に積層した。
【００３３】
なお、第２の窒化物半導体膜１５Ｂは、雰囲気ガスとして水素を含むガス又は水素ガスのみを用いて成長されることが好ましい。なお、図３において、Ｎ2のフロー中の破線（Ｔ４〜Ｔ６）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。
【００３４】
[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、半導体多層膜反射鏡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、Ｓｉを７×１０18ｃｍ-3の濃度でドーピングした。
【００３５】
ｎ型ＧａＮ層１７上に、ＧａＩｎＮ量子井戸層とＧａＮバリア層とで構成された量子井戸層を有する量子井戸構造の発光層２０を成長した。
【００３６】
発光層２０上に、層厚が２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層２１を成長した。なお、Ｍｇを２×１０19ｃｍ-3の濃度でドーピングした。ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層２１は、電子ブロック層として機能する。
【００３７】
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、Ｍｇが２×１０19ｃｍ-3の濃度でドーピングを行った。
【００３８】
ｐ型ＧａＮ層２３上に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２５を成長した。なお、Ｍｇを２×１０20ｃｍ-3の濃度でドーピングした。
【００３９】
以上の工程により、半導体多層膜反射鏡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。
【００４０】
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つ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。
【００４１】
以上の工程により、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半導体多層膜反射鏡１５上に形成した。
【００４２】
[垂直共振器面発光型レーザ]
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の構造及び製造工程について説明する。図４は、垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）３０の断面構造を模式的に示す断面図である。
【００４３】
図４に示すように、ＶＣＳＥＬ３０は、上記した半導体ウェハ１０の第２の半導体層２７上に、絶縁膜３３、透光性電極３４及び誘電体多層膜反射鏡３７がこの順に形成された構造を有している。また、透光性電極３４上には、透光性電極３４に電気的に接続されたｐ電極３５が設けられている。また、ＶＣＳＥＬ３０は、第１の半導体層１７が部分的に露出した露出部１７Ｅを有している。露出部１７Ｅ上には、第１の半導体層１７に電気的に接続されたｎ電極３１が設けられている。
【００４４】
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を用いて製造した。以下に、ＶＣＳＥＬ３０の製造方法について説明する。まず、半導体ウェハ１０を有機洗浄後、ｐ型の半導体層から水素を脱離させ、ｐ型ドーパントであるＭｇの活性化を行った。
【００４５】
次に、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を露出させた（露出部１７Ｅ）。当該エッチングには、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。
【００４６】
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した。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絶縁膜３３を形成した。
【００４７】
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、絶縁膜３３上にｐ側コンタクト電極として透光性電極３４を形成した。透光性電極３４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の金属酸化物からなる透明電極を成膜することにより形成した。
【００４８】
透光性電極３４の外周部、少なくとも絶縁膜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を形成した。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。
【００４９】
また、ｎ型ＧａＮ層１７の露出部１７Ｅ上に、ｎ電極３１を形成した。例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕを成膜することでｎ電極３１を形成する。
【００５０】
最後に、フォトリソグラフィ法及びリフトオフ法によって、透光性電極３４上に、誘電体膜を積層して誘電体多層膜反射鏡（誘電体ＤＢＲ）３７を形成した。誘電体多層膜反射鏡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／Ｎｂ2Ｏ5膜を積層して形成することができる。上記したように、誘電体多層膜反射鏡３７は、透光性電極３４や絶縁膜３３を介して第２の半導体層上に形成されている例について説明したが、これに限らず、半導体多層膜反射鏡１５に対向して第２の半導体層上に配されていれば良い。
【００５１】
すなわち、誘電体多層膜反射鏡３７は、半導体多層膜反射鏡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、半導体多層膜反射鏡１５及び誘電体多層膜反射鏡３７は反射共振器を構成する。
【００５２】
以上の工程により、波長の整数倍（上記実施例では、４波長）に相当する共振器長を有する垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）３０が製造される。
【００５３】
なお、半導体多層膜反射鏡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、半導体多層膜反射鏡１５が第１導電型を有するように不純物ドーピングされ、半導体多層膜反射鏡１５に接続された電極が形成されていてもよい。
【００５４】
[半導体多層膜反射鏡（半導体ＤＢＲ）１５の組成及び結晶性の比較]
本発明の半導体多層膜反射鏡の組成及び結晶性について、評価を行った。図５Ａは、半導体多層膜反射鏡１５の断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した観察画像である。図５Ａに示すように、２層のＧａＮ層及び当該ＧａＮ層に挟まれたＡｌＩｎＮ層がＴＥＭにより観察された。また、図５Ａの観察領域内における半導体多層膜反射鏡１５の積層方向に沿って、ＴＥＭに付属のエネルギー分散型Ｘ線分析(ＴＥＭ−ＥＤＸ)により元素分析を行った。
【００５５】
より詳細には、図５Ａに示す位置Ｐ１からＱ１までの区間（区間Ｐ１−Ｑ１）に電子ビームをスキャン照射してＥＤＸ分析を行った。図５Ａに示すスキャン方向は、半導体多層膜反射鏡１５の成長方向である。
【００５６】
図５Ｂ及び図５Ｃは、当該ＥＤＸ分析の結果を示している。図５Ｂは、スキャンの開始位置である位置Ｐ１からの距離に対して、ＡｌＩｎＮ層中及びＧａＮ層中のＡｌ、Ｉｎ及びＧａの各元素の規格化した含有率（atomic %）を示している。図５Ｃは同じ半導体多層膜反射鏡１５中の異なる位置である区間Ｐ２−Ｑ２について、同様に測定した結果である。
【００５７】
具体的には、図５Ｂ及び５Ｃは、ＡｌＩｎＮ層中におけるＡｌ及びＩｎのそれぞれの含有率の最大値を１とし、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層との間の組成遷移領域のＡｌ及びＩｎの含有率を規格化して示している。同様に、Ｇａの含有率は、ＧａＮ層中の含有率の最大値を１として規格化して示されている。
【００５８】
図５Ａ及び図５Ｂ及び５Ｃを参照すると、図５Ｂ及び５Ｃのグラフ中、当該距離が約０．００〜１０．００ｎｍの領域はＧａＮ層１５Ｂ、約１０．００〜２０．００ｎｍの領域はＧａＮ層１５Ｂ上のＡｌＩｎＮ層１５Ａとの間の組成遷移領域（図中ＴＲ１）、約２０．００〜６０．００ｎｍの領域はＡｌＩｎＮ層１５Ａに対応している。
【００５９】
同様に、図５Ｂ及び５Ｃのグラフ中の距離が約６０．００〜７０．００ｎｍの領域はＡｌＩｎＮ層１５Ａ上のＧａＮ層１５Ｂとの間の組成遷移領域（図中ＴＲ２）、すなわち、膜間遷移層１５Ｃに対応している。また、距離が約７０．００〜８０．００ｎｍの領域は、膜間遷移層１５Ｃ上のＧａＮ層１５Ｂに対応している。
【００６０】
膜間遷移層１５Ｃの組成に着目し、各元素の規格化含有率を比較した。図中ＴＲ２では、位置Ｐ１又はＰ２からの距離が大きくなるに従って、すなわち、積層方向において、Ｇａの規格化含有率が増加するとともに、Ｉｎ及びＡｌの規格化含有率は次第に減少しており、位置Ｑ１又はＱ２に到達する迄に実質的にゼロとなっている。
【００６１】
より詳細には、Ｉｎの規格化含有率の方が、Ａｌの規格化含有率よりも、積層方向における減少の程度が大きく（すなわち、減少の傾斜が大きく）、先にゼロまで減少している。また、減少の始まる位置はＩｎの方がＡｌよりもＡｌＩｎＮ層に近い位置、もしくは同じ位置となっている。図５ＢではＩｎの方がＡｌよりもＡｌＩｎＮ層に近い位置、図５Ｃでは同じ位置から減少が始まっている。従って、膜間遷移層１５Ｃには、Ｉｎを組成に含む層と、Ｉｎを組成に含まない層とが形成されている。
【００６２】
当該Ｉｎを組成に含む層を第１の遷移層１５Ｃ１として図中に示している。また、Ｉｎを組成に含まない層を第２の遷移層１５Ｃ２として図中に示している。第１の遷移層１５Ｃ１では、積層方向に従いＩｎの規格化含有率の値が実質的にゼロとなるまで単調に減少している。減少の始まる位置はＩｎの方がＡｌよりもＡｌＩｎＮ層に近い位置、もしくは同じ位置である。第１の遷移層１５Ｃ１では組成の減少が始まってからの規格化含有率は、第１の遷移層１５Ｃ１に垂直な方向に沿った層厚方向（成長方向）のいずれの位置においてもＩｎの方がＡｌよりも小さい値となっている。従って、第１の遷移層１５Ｃ１は、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎを組成に含み、積層方向において組成が変化した、ＡｌＧａＩｎＮからなる組成変化層である。
【００６３】
第２の遷移層１５Ｃ２では、Ｉｎの規格化含有率の値は実質的にゼロであり、Ａｌの規格化含有率は積層方向において実質的にゼロとなるまで単調に減少している。従って、第２の遷移層１５Ｃ２は、Ｉｎを組成に含まず、積層方向において組成が変化した、ＡｌＧａＮからなる組成変化層である。
【００６４】
なお、第１の遷移層１５Ｃ１及び第２の遷移層１５Ｃ２では、積層方向に組成が単調に変化する場合について説明したが、これに限らず、当該組成が段階的に変化していても良い。第１の遷移層１５Ｃ１では、Ｉｎの規格化含有率が積層方向においてＩｎの方がＡｌよりもＡｌＩｎＮ層に近い位置、もしくは同じ位置で減少してゼロとなっていれば良い。また、第２の遷移層１５Ｃ２では、Ａｌの規格化含有率が積層方向に従い減少してゼロとなっていれば良い。
【００６５】
以上、説明したように、膜間遷移層１５Ｃは、第１の窒化物半導体膜１５Ａの組成から第２の窒化物半導体膜１５Ｂの組成に、半導体多層膜反射鏡１５の積層方向に従って次第に変化した組成を有している。
【００６６】
また、膜間遷移層１５Ｃは、Ｉｎ及びＡｌを組成に含み、積層方向（成長方向）においてＩｎ及びＡｌの含有率が減少する第１の遷移層１５Ｃ１と、Ｉｎを組成に含まず、Ａｌを組成に含み積層方向においてＡｌの含有率が減少する第２の遷移層１５Ｃ２を有している。
【００６７】
図６Ａは、比較例としての半導体多層膜反射鏡の断面をＴＥＭで観察した観察画像である。比較例の半導体多層膜反射鏡は、ＡｌＩｎＮ層１５ＡとＧａＮ層１５Ｂとが交互に積層されて形成されている。また、比較例の半導体多層膜反射鏡の形成においては、ＡｌＩｎＮ層１５Ａの形成後、ＧａＮ層１５Ｂの形成前に、ＡｌＩｎＮ層１５Ａと同じ基板温度条件下（すなわち、ＧａＮ層１５Ｂの成長条件よりも低温）でＧａＮ層が５ｎｍ成長する条件（ガス供給条件及び時間条件）でＧａ材料ガス（ＴＥＧａ）を供給してＧａＮ層を形成した。当該ＧａＮ層をＧａＮキャップ層と称する。比較例の多層膜反射鏡は、ＡｌＩｎＮ１５Ａと同じ成長温度で、かつ、実施例１よりも長い成長時間でＧａＮ層を形成する材料ガスを供給した点において、本実施例の半導体多層膜反射鏡１５と異なる。
【００６８】
なお、本実施例においては、第１の窒化物半導体膜１５Ａの成長後であって、第２の窒化物半導体膜１５Ｂの成長温度に昇温する前に、極薄い（例えば、１ｎｍ以下）ＧａＮ層を形成する条件で成長を行うことで膜間遷移層１５Ｃが形成された。
【００６９】
図６Ｂは、図６Ａの観察対象について、実施例１（図５Ｂ）と同様の手法によりＴＥＭ−ＥＤＸ分析を行った結果を示すグラフである。図６Ｂは、実施例１の場合と同様に、位置Ｐ３からＱ３の区間Ｐ３−Ｑ３に対して各元素の規格化含有率を示している。図６Ｂ中の、ＡｌＩｎＮ層１５Ａに対応する領域とＡｌＩｎＮ層１５Ａ上の（すなわち、距離が大きい側の）ＧａＮ層１５Ｂに対応する領域との間の領域は、ＡｌＩｎＮ層１５ＡとＡｌＩｎＮ層１５Ａ上に成長されたＧａＮ層１５Ｂとの間の組成遷移領域に対応している（図６Ｂ中に遷移領域ＴＲ３として示す）。
【００７０】
図６Ｂ中の領域ＴＲ３において、積層方向（成長方向）においてＧａの規格化含有率が増加するとともに、Ａｌ及びＩｎの規格化含有率は次第に減少している点においては本願発明（図５Ｂ及び５Ｃ）の場合と共通している。しかし、ＡｌＩｎＮ層１５Ａ上に、Ａｌの規格化含有率よりもＩｎの規格化含有率の方が積層方向における減少の程度が小さい領域（図中、Ｓ１）が存在する点において図５Ｂ及び５Ｃの場合と異なっている。具体的には、当該領域Ｓ１は、いずれの位置においてもＩｎの規格化含有率がＡｌの規格化含有率よりも大きい領域であり、この点において本願発明の第１の遷移層１５Ｃ１と異なる。従って、比較例のＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層との間の領域ＴＲ３に相当する組成遷移層は、本願発明の膜間遷移層１５Ｃとは異なる遷移層である。なお、本願発明の第１の遷移層１５Ｃ１は、いずれの位置においてもＩｎの規格化含有率がＡｌの規格化含有率よりも小さい。
【００７１】
図７Ａは、本願発明の半導体多層膜反射鏡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７Ａは、ＡｌＩｎＮ層である第１の窒化物半導体膜１５Ａ上の、第１の窒化物半導体膜１５Ａと第２の窒化物半導体膜１５Ｂ（ＧａＮ層）との間に膜間遷移層１５Ｃが形成された半導体多層膜反射鏡１５の表面を観察したＡＦＭ画像である。
【００７２】
図７Ｂ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。比較例の多層膜反射鏡は、第１の窒化物半導体膜１５Ａ上の、第１の窒化物半導体膜１５Ａと第２の窒化物半導体膜１５Ｂとの間に、第１の窒化物半導体膜１５Ａの成長温度と同温度で成長されたＧａＮ層（ＧａＮキャップ層）が形成されている。従って、比較例の多層膜反射鏡には、本願発明の膜間遷移層１５Ｃとは異なる遷移層が形成されている。なお、表面観察の為、いずれの多層膜反射鏡もＡｌＩｎＮ層１５ＡとＧａＮ層１５Ｂとを交互に各１０層を積層した段階のものである。
【００７３】
図７Ａに示す本願発明の半導体多層膜反射鏡１５の転位密度は約３×１０4ｃｍ-2であった。一方、図７Ｂに示す比較例の多層膜反射鏡の転位密度は約２×１０6ｃｍ-2であった。すなわち、本願発明の膜間遷移層１５Ｃの形成によって半導体多層膜反射鏡の転位密度が２桁低減した。
【００７４】
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）のクラスタの抑制が考えられる。比較例の多層膜反射鏡のように、５ｎｍのＧａＮキャップ層が形成されている場合、Ｉｎの脱離が抑制され、マイクロクラックの発生が抑制され得るが、一方で、Ｉｎの脱離が過剰に抑制された場合にＩｎのクラスタが発生しやすくなり、転位の発生起因となることが考えられる。
【００７５】
ＡｌＩｎＮ層１５Ａ上のＡｌＩｎＮ層１５ＡとＧａＮ層１５Ｂとの間の領域（遷移領域）に膜間遷移層１５Ｃを形成することで、Ｉｎの脱離を抑制し過ぎること無く、Ｉｎクラスタの発生が抑制され、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。例えば、図５Ｂ及び５Ｃに示した１５Ｃ１の領域では、Ｉｎの規格化含有率の方が、Ａｌの規格化含有率よりも減少の程度が大きく、先にゼロまで減少することから、Ｉｎクラスタの発生が抑制されていることが示唆される。
【００７６】
以上、説明したように、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、高い結晶性が得られることで、高い反射率の反射鏡が得られる。また、半導体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。
【実施例２】
【００７７】
本実施例の半導体ＤＢＲ及び垂直共振器型発光素子は、半導体ＤＢＲの形成方法のみが異なり、半導体ＤＢＲの構成及びその他の点においては、実施例１と同様である。
【００７８】
図８を参照し、本実施例の半導体ＤＢＲの製造方法について説明する。図８は、本実施例の結晶成長シーケンスを模式的に示す図である。なお、ＭＯＣＶＤ法により、実施例１と同様の原料ガスを用いて本実施例の半導体ＤＢＲを構成するIII-Ｖ族窒化物半導体層の結晶成長を行った。また、成長基板１１上に、アンドープＧａＮバッファ層１３を成長した。
【００７９】
まず、アンドープＧａＮバッファ層１３上に、第１の窒化物半導体膜１５Ａを成長した。より詳細には、基板温度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）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”）、Ａｌ0.82Ｉｎ0.18Ｎ結晶層である第１の窒化物半導体膜１５Ａを成長した（時刻Ｔ＝Ｔ２１〜Ｔ２２）。
【００８０】
次に、基板温度Ｔｓを８１５℃（＝ＴＰ１）に維持し、アンモニア（ＮＨ3）の供給を継続した状態で、ＴＭＩの供給を停止し（Ｔ２２、図中、III（Ｉｎ）“ＯＦＦ”）、ＴＭＩの停止から１０秒後にＴＭＡの供給を停止し（Ｔ２３、図中、III（Ａｌ）“ＯＦＦ”）、膜間遷移層１５Ｃが形成された。なお、ＴＭＩの停止から１０秒間のＴＭＡの供給は、ＡｌＮ結晶層を約１ｎｍの層厚で形成する条件に相当する。
【００８１】
その後、第２の窒化物半導体膜１５ＢとしてＧａＮキャップ層及びＧａＮ層の結晶成長を行った。具体的には、ＴＥＧａを反応炉内に供給し、ＧａＮ結晶層を５ｎｍの層厚で形成した（Ｔ２３〜Ｔ２４）。その後、ＴＥＧａの供給を停止した（Ｔ２４〜Ｔ２５）。その後、キャリアガスを窒素から水素に切り替え、基板温度Ｔｓを１０５０℃（＝ＴＰ２：第２の成長温度）まで昇温した（Ｔ２５〜Ｔ２６）。そして、ＴＭＧａを供給し、ＧａＮ結晶層を成長した（Ｔ２６〜Ｔ２７）。ＧａＮ結晶層の成長後、ＴＭＧａの供給を停止し、基板温度Ｔｓを８１５℃（＝ＴＰ１）に降温した（Ｔ＝Ｔ２７〜Ｔ２８）。
【００８２】
その後、上記した成長シーケンスにより、第１の窒化物半導体膜１５Ａの成長（Ｔ＝Ｔ２１〜Ｔ２２）と、膜間遷移層１５Ｃ及び第２の窒化物半導体膜１５Ｂの成長（Ｔ＝Ｔ２２〜Ｔ２８）とを交互に繰り返し行った。なお、本実施例では、第１の窒化物半導体膜１５Ａが４１層、第２の窒化物半導体膜１５Ｂが４０層となるように交互に積層した。
【００８３】
以上説明したように、第１の窒化物半導体膜１５Ａの成長後であって、第２の窒化物半導体膜１５Ｂの成長温度に昇温する前に、第１の窒化物半導体膜１５Ａを組成する一方のIII族材料ガスであるＴＭＩの供給を先に停止し、その後、他方のIII族材料ガスであるＴＭＡの供給を停止した。その後ＧａＮキャップ層を５ｎｍの層厚で形成し、続いて基板を第２の窒化物半導体膜１５Ｂの成長温度に昇温し、第２の窒化物半導体膜１５Ｂを形成した。第１の窒化物半導体膜１５Ａ上の第１の窒化物半導体膜１５Ａと第２の窒化物半導体膜１５Ｂとの間には、膜間遷移層１５Ｃが形成された。
【００８４】
このように、第１の窒化物半導体膜１５Ａ、膜間遷移層１５Ｃ及び第２の窒化物半導体膜１５Ｂをこの順に繰り返し成長して半導体多層膜反射鏡１５を形成した。
【００８５】
なお、第２の窒化物半導体膜１５Ｂは、雰囲気ガスとして水素を含むガス又は水素ガスのみを用いて成長されることが好ましい。なお、図８において、Ｎ2のフロー中の破線（Ｔ２５〜Ｔ２７）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。
【００８６】
上記したように、本実施例の製造方法によって、半導体多層膜反射鏡１５を形成することができる。また、本願発明の半導体多層膜反射鏡１５を用いて、上記した半導体発光構造層を形成し、これを用いて上記したＶＣＳＥＬを製造することができる。
【００８７】
なお、実施例１及び実施例２において、第１の窒化物半導体膜１５ＡはＡｌＩｎＮ層であり、第２の窒化物半導体膜１５ＢはＧａＮ層である例について説明したが、これに限らない。第１の窒化物半導体膜１５ＡはＩｎを組成に含む窒化物半導体であり、第２の窒化物半導体膜１５ＢはＩｎを組成に含まない窒化物半導体であればよい。例えば、第１の窒化物半導体膜１５Ａは、ＡｌＩｎＧａＮ層であってもよい。また、第２の窒化物半導体膜１５ＢはＡｌＧａＮ層、などのＩｎを含まない窒化物半導体であってもよい。
【００８８】
なお、膜間遷移層１５Ｃの形成は、必ずしも第１の窒化物半導体膜１５Ａの成長毎に行われなくてもよいが、第１の窒化物半導体膜１５Ａの成長毎に行われることが好ましい。
【００８９】
また、多層膜反射鏡の成長用基板にＣ面ＧａＮ基板を用いた例について説明したが、他の基板を用いても良い。例えば、当該基板にはＣ面サファイア、Ａ面サファイア、Ｒ面サファイア、半極性（セミポーラ）面ＧａＮ、無極性（ノンポーラ）面ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、Ｇａ2Ｏ3、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＣ、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）などを用いても良い。
【００９０】
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。
【００９１】
以上、説明したように、本願発明の半導体多層膜反射鏡によれば、半導体多層膜反射鏡中の転位密度を大きく低減でき、高い結晶性が得られることで、高い反射率の反射鏡が得られる。また、半導体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、本願発明の半導体多層膜反射鏡を用いることで、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。
【符号の説明】
【００９２】
１０：半導体発光素子ウェハ
１１：成長基板
１３：バッファ層
１５：半導体多層膜反射鏡
１５Ａ：第１の窒化物半導体膜
１５Ｂ：第２の窒化物半導体膜、
１５Ｃ：膜間遷移層
１５Ｃ１：第１の遷移層
１５Ｃ２：第２の遷移層
１７：第１の半導体層
２０：発光層
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
３３：絶縁膜
３４：透光性電極
３５：ｐ電極
３７：誘電体多層膜反射鏡
【図１】
2018098347.tif 000003
【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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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2018098347.tif 000011
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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