(57)【要約】【課題】　１．２〜１．６マイクロメートルの範囲で発光する効率の良い半導体レーザの製造システム及び製造方法を提供すること。【解決手段】　発光素子１０２、１５２を製造するためのシステムを開示する。かかるシステムは成長室１３２と該成長室１３２に導入される少なくとも１つの窒素前駆物質１３８とを含む。該窒素前駆物質１３８は少なくとも１つのＩＩＩ族原子と少なくとも１つの窒素原子との直接結合を有する。さらに、該窒素前駆物質１３８は該発光素子１０２の活性領域１１４、１６４の一部を構成する層１１１、１１３、１１５を形成するのに用いられ、該層はインジウム、ガリウム、ヒ素、及び窒素を含み、該活性領域１１４、１６４によって約１．２〜１．６マイクロメートルの波長範囲の光が生じる。半導体構造体１０２、１５２の製造方法もまた開示される。【選択図】　　　　図１
2004128504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　成長室１３２と、
　該成長室１３２に導入される少なくとも１つの窒素前駆物質１３８と
を含む、発光素子１０２、１５２を製造するためのシステムであって、
　該窒素前駆物質１３８は少なくとも１つのＩＩＩ族原子と少なくとも１つの窒素原子との直接結合を有し、該窒素前駆物質１３８は該成長室１３２に導入されると該発光素子１０２の活性領域１１４、１６４の一部を構成する層を形成し、該層はインジウム、ガリウム、ヒ素、及び窒素を含み、該活性領域１１４、１６４は約１．２〜１．６マイクロメートルの波長範囲の光を生成するシステム。
【請求項２】
　前記直接結合が、ガリウム・窒素直接結合とインジウム・窒素直接結合とからなるグループから選択される請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
　前記直接結合が、アルミニウムをさらに含む前記活性領域１１４、１６４を生ずるアルミニウム・窒素直接結合と、ホウ素をさらに含む前記活性領域１１４、１６４を生ずるホウ素・窒素直接結合とからなるグループから選択される請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
　基板１０４，１５４と、
　光共振器１２１、１６０と、
　該光共振器１２１、１６０内に配置された活性領域１１４、１６４と
を含む発光素子１０２、１５２であって、
　該活性領域１１４、１６４はインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ヒ素（Ａｓ）、及び窒素（Ｎ）を含み、該活性領域１１４、１６４は約１．２〜１．６マイクロメートルの波長範囲の光を生成し、該活性領域１１４、１６４の少なくとも一部は少なくとも１つのＩＩＩ族原子と少なくとも１つの窒素原子との直接結合を有する窒素前駆物質１３８を用いることによって成長させる、発光素子１０２、１５２。
【請求項５】
　前記直接結合が、ガリウム・窒素結合と、インジウム・窒素結合とからなるグループから選択される請求項４に記載の発光素子１０２、１５２。
【請求項６】
　前記直接結合が、アルミニウムをさらに含む前記活性領域１１４、１６４を生ずるアルミニウム・窒素結合と、ホウ素をさらに含む前記活性領域１１４、１６４を生ずるホウ素・窒素結合とからなるグループから選択される請求項４に記載の発光素子１０２、１５２。
【請求項７】
　第１の分布型ブラッグ反射器１０８と、
　第２の分布型ブラッグ反射器１２０と
をさらに含み、前記光共振器１２１が、該第１の分布型ブラッグ反射器１０８と該第２の分布型ブラッグ反射器１２０との間に配置される請求項４に記載の発光素子１０２、１５２。
【請求項８】
　基板１０４、１５４を提供するステップと、
　少なくとも１つのＩＩＩ族原子と少なくとも１つの窒素原子との直接結合を有する少なくとも１つの窒素前駆物質を用いて、該基板１０４、１５４上にインジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、ヒ素（Ａｓ）、及び窒素（Ｎ）を含む層１１１、１１３、１１５を成長させるステップと
を含む半導体構造体１０２、１５２の製造方法。
【請求項９】
　前記直接結合が、ガリウム・窒素直接結合と、インジウム・窒素直接結合とからなるグループから選択される請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
　前記直接結合が、アルミニウムをさらに含む前記ＩｎＧａＡｓＮ層１１１、１１３、１１５を生ずるアルミニウム・窒素結合と、ホウ素をさらに含む前記ＩｎＧａＡｓＮ層１１１、１１３、１１５を生ずるホウ素・窒素結合とからなるグループから選択される請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、一般に、半導体素子に関するものであり、特に、半導体レーザの製造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
　技術の進歩に伴って、データ伝送速度及びデータ伝送量を増すことが絶えず要求されている。銅線を含むケーブルのような伝統的な通信回線を利用して、この増大し続ける要求に応じてきたが、伝統的な通信回線には多くの不都合がある。伝統的な通信回線は、データ伝送中に干渉の影響を受けやすい。こうした干渉の例としては電磁干渉及び符号間干渉があるが、これらには限定されない。伝統的な通信回線は、また、制限された帯域幅を特徴としており、従って、伝統的な通信回線を介して伝送可能なデータ量が制限される。
【０００３】
　光ファイバ遠隔通信システムは、伝統的な通信回線の欠点を克服するために、遠隔通信産業に導入されてきた。光ファイバ遠隔通信システムは、電磁干渉による妨害を排除する能力を特徴としている。すなわち、光ファイバ遠隔通信では情報の伝送に光ファイバが利用される。光ファイバは電子ではなく光を伝送するので、電磁場を放射しない。さらに、光ファイバ遠隔通信システムは情報の伝送帯域幅が高い。当業者には明らかなように、帯域幅が高くなると、伝送距離の延長及び信号伝送の高速化が可能になる。
【０００４】
　基本的な光ファイバ・ネットワークには、送信機、光ファイバケーブル、及び受信機が含まれている。送信機には、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ・ダイオード（ＬＤ）、端面発光型レーザ、面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）、または電気信号を光信号に変換して、光ファイバ・ケーブルを介して伝送する他の任意のデバイスが含まれる。受信機には、一般に、伝送された光信号を変換して電気信号に戻す光ダイオードと、電気信号を増幅することによって電気信号をより容易に検出できるようにするための増幅器とが含まれている。
【０００５】
　一般に、光ファイバ遠隔通信システムに用いられるレーザにとっては、約１．２〜１．６マイクロメートル（μｍ）の範囲の比較的長い単一波長の光を生成することが望ましい。約１．２〜１．６マイクロメートルの波長範囲の光は、遠距離による信号強度の損失、減衰、または吸収が比較的少ない光ファイバによって伝送することが可能である。しかし、１．２〜１．６μｍの範囲における発光には、対応するバンド・ギャップ・エネルギを備える材料によって半導体レーザを製造することが必要になる。半導体中のフォトンについては、引用することにより本明細書の一部をなすものとする先行技術文献にさらなる記載がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
　現在では、１．３μｍの波長領域で動作する半導体レーザは、ＩｎＰウェーハ上におけるその活性領域にインジウム・ガリウム・ヒ素・リン（ＩｎＧａＡｓＰ）を利用して成長させる。しかし、ＩｎＧａＡｓＰ材料を用いて面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）の高品質な分布型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を成長させるのは困難である。従って、ＩｎＧａＡｓＰレーザは、一般に、ＩｎＧａＡｓＰとは異なる材料のＤＢＲを備えている。
【０００７】
　ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）ウェーハ上には、高品質なＩｎＧａＡｓＮを成長させることができるので、インジウム・ガリウム・ヒ素・窒素（ＩｎＧａＡｓＮ）は、波長の長い端面発光レーザ及びＶＣＳＥＬの活性領域にとって魅力のある材料である。近接したＩｎＧａＡｓＮとＧａＡｓは、高伝導帯オフセットを生じることになる。さらに、こうしたデバイスは、反射率の高いＧａＡｓ／アルミニウムヒ素（ＡｌＡｓ）ＤＢＲを利用することが可能である。しかし、半導体にＩｎＧａＡｓＮを用いることは、製造上のかなりの困難を生じることになる。
【０００８】
　通常、連続波動作が可能なＩｎＧａＡｓＮ端面発光レーザ及びＶＣＳＥＬは、一般に大量生産に適した、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）によって成長する。ＩｎＧａＡｓＮのＭＯＣＶＤによる成長には、窒素前駆物質としてジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）が利用されてきた。この窒素前駆物質ＤＭＨｙにはいくつかの利点がある。ＤＭＨｙは、分解温度が低く、従って成長温度が一般に低い（５００〜６００℃）ＩｎＧａＡｓＮのＭＯＣＶＤによる成長に適している。さらに、ＤＭＨｙは液体であり、室温における蒸気圧がかなり高い。
【０００９】
　しかし、窒素前駆物質としてＤＭＨｙを用いることに関する負の側面もある。例えば、１．３μｍの範囲で発光可能なレーザを得るため、Ｉｎ0.38Ｇａ0.62Ａｓ0.99Ｎ0.01のモル分率を備えたＩｎＧａＡｓＮが必要になる。しかし、Ｎ前駆物質としてＤＭＨｙを用いたＭＯＣＶＤによるＩｎＧａＡｓＮに取り込まれるＮは極めて少ないので、固体組成物において１％のＮ／全Ｖ族原子を得るため、９５％を超える比のＤＭＨｙ／全Ｖ族前駆物質をＭＯＣＶＤリアクタに供給する。その結果として、ＤＭＨｙが大量に消費されることになる。さらに、ＤＭＨｙを窒素前駆物質として用いることによって、下記のようなＩｎＧａＡｓＮの品質問題が生じることになる。
【００１０】
　ＩｎＧａＡｓへのＮの取り込みを増し、極めて高いＤＭＨｙ／全Ｖ族前駆物質比（例えば、９５％を超える）を実現するため、極めて低いＡｓ／ＩＩＩ族比（例えば、約５％）が必要になる。あいにく、Ａｓ／ＩＩＩ族比が低いと、一般にＧａＡｓをベースにした半導体の場合、材料の質が悪くなる。極めて高いＤＭＨｙ／全Ｖ族前駆物質比と、きわめて低いＡｓ／ＩＩＩ族比とが特徴である例によれば、ＩＩＩ族、Ａｓ、及びＮの前駆物質の比は、１：５：１００になる。さらに、この例におけるＮの付着係数は、約０．０００１と推定される。
【００１１】
　窒素前駆物質としてＤＭＨｙを用いることに関するもう１つの負の側面は、とりわけ、残留水レベルについて、ＤＭＨｙの純度を制御するのが現在のところ困難であることである。ＤＭＨｙにおける水の汚染によって、半導体材料の質が悪くなる。上述のように、約１．３μｍの波長で動作するレーザは、ＩｎＧａＡｓＮを成長させるのに、高いＤＭＨｙ／全Ｖ族前駆物質比を必要とする。必要とされるこの高い比によって、ＭＯＶＤリアクタに大量のＤＭＨｙが供給されることになり、結果として、例えば酸素のようなものが挙げられるがこれには制限されない不純物がＩｎＧａＡｓＮに取り込まれる機会が生じることになる。
【００１２】
　さらに、Ｎの取り込みは、ＩｎＧａＡｓＮにおけるＩｎのモル分率の組成に比例する。Ｉｎの分率が高くなると、ＩｎＧａＡｓＮへのＮの取り込みが急激に減少する傾向がある。従って、ＭＯＣＶＤ成長によって、Ｎ前駆物質としてＤＭＨｙを利用して、４０％のＩｎと３％のＮを含むはずのＩｎＧａＡｓＮから１．５５μｍの発光を実現するのは困難である。
【００１３】
　従って、端面発光レーザ及び面発光レーザのようなものが挙げられるがこれらには限定されない半導体レーザに関して、高品質のＩｎＧａＡｓＮの成長に、より適した窒素前駆物質を見出すことが望ましい。
【００１４】
【非特許文献１】Ｂ．Ｓａｌｅｈ他著、「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ　ｏｆ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ」、１９９１年、ｐ．５４３−６４３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
　上記に鑑みて、本発明の目的は、一般に、１．２〜１．６マイクロメートルの範囲で発光する効率の良い半導体レーザの製造システム及び製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
　一般に、このシステムの構造に関して、システムには、成長室と、成長室に導入される少なくとも１つの窒素前駆物質とが含まれている。窒素前駆物質は、少なくとも１つのＩＩＩ族原子と少なくとも１つの窒素原子との直接結合を有し、成長室に導入されると、インジウム、ガリウム、ヒ素、及び窒素が含まれる、発光素子の活性領域の一部を構成する層を形成する。この場合、活性領域は約１．２〜１．６マイクロメートルの波長範囲の光を発生する。
【００１７】
　本発明は、半導体構造体を製造するための方法を提供するものとの見方も可能である。これに関して、この方法は、一般に、基板を提供するステップと、少なくとも１つのＩＩＩ族原子と少なくとも１つの窒素原子とを直接結合する少なくとも１つの窒素前駆物質を利用して、基板上にインジウム、ガリウム、ヒ素、及び窒素を含む層を成長させるステップとによって要約することが可能である。
【００１８】
　本発明の窒素前駆物質はＩＩＩ族とＮとの直接結合を有するので、窒素前駆物質は付着係数が高く、従ってＩｎＧａＡｓＮへの比較的高いＮの取り込みを実現するためにＮ前駆物質を多量に供給する必要がない。さらに、本発明の窒素前駆物質を利用すると、より高い成長温度及びより高いＡｓ／ＩＩＩ族比で、ＩｎＧａＡｓＮを成長させることが可能になり、このため、一般に、高品質のＧａＡｓをベースにした材料を成長させることが可能になる。さらに、Ｎ前駆物質の供給量が少ないので、ＩｎＧａＡｓＮ層に不純物が取り込まれる可能性が低くなる。本発明のＮ前駆物質の付着係数が高いということはまた、Ｉｎのモル分率が高いＩｎＧａＡｓＮの組成においてＮを多くするのが容易であるということと同じである。
【００１９】
　本発明の他のシステム及び方法については、当業者には図面及び詳細な説明を検討することによって明らかになるであろう。この説明に含まれるこうした全てのさらなるシステム、方法、特徴、及び利点は、本発明の範囲内にあり、添付の請求の範囲によって保護されることを意図するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
　本明細書において示される説明及び実施態様は、半導体レーザ製造システム及び製造方法に関するものであるが、本発明のシステム及び方法は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような他の発光素子にも利用可能である点に留意すべきである。
【００２１】
　半導体レーザ製造システム及び製造方法では、ＩＩＩ族原子と窒素原子との直接結合を有する窒素前駆物質を利用して、ＩｎＧａＡｓＮ層が製造される。ＩｎＧａＡｓＮは、ＧａＡｓウェーハ上に成長させることができるので、半導体レーザに利用される魅力のある材料である。ＩｎＧａＡｓＮを利用すると、より高い伝導帯オフセットが生じ、反射率の高いＧａＡｓ／ＡｌＡｓ分布型ブラッグ反射器を利用することが可能になる。さらに、その活性領域にＩｎＧａＡｓＮを有する半導体レーザは、約１．２〜１．６μｍの範囲の比較的長い波長の光を発生することが可能である。この波長範囲の光は、長距離による光強度の損失が比較的少ない光ファイバによって伝送される。さらに、本発明の窒素前駆物質を利用して、ＩｎＧａＡｓＮを成長させると、後述するように、ＩｎＧａＡｓＮを使用する端面発光レーザ及び面発光レーザの効率の良い大量生産が可能になる。
【００２２】
　留意すべきことは、本発明のＮ前駆物質を利用して製造されるＩｎＧａＡｓＮ層は、レーザのような光電子素子内だけではなく、高電子移動度トランジスタ及びヘテロ接合バイポーラ・トランジスタのような電子素子内にも配置することができるという点である。
【００２３】
　本発明の半導体レーザ製造システム及び製造方法では、ガリウム・窒素（Ｇａ−Ｎ）直接結合、または、インジウム・窒素（Ｉｎ−Ｎ）直接結合のような、ＩＩＩ族原子と窒素原子との直接結合を有する（ＩＩＩ族・Ｎ直接結合）前駆物質が利用される。２つの元素の直接結合とは、第１の元素の原子と第２の元素の原子との間に、別の元素の１つ以上の原子が介在することなく、第１の元素の原子が第２の元素の１つ以上の原子に結合している結合をいう。
【００２４】
　Ｇａ及び／またはＩｎのようなＩＩＩ族元素のために、ＩＩＩ族・Ｎ直接結合を生じさせる前駆物質の付着係数は極めて高い。付着係数は成長表面を基準として１に近い。付着係数は、ある特定の表面に対して入射原子が付着する率の測定単位である。ＩＩＩ族原子と窒素原子とを直接結合する前駆物質の例としては、ジエチルガリウム・アジド（Ｃ2Ｈ5）ＧａＮ3、ジメチルガリウム・アミド（ＣＨ3）2ＧａＮＨ2、ジメチルアミノ・ジエチルガリウム（Ｃ2Ｈ5）2ＧａＮ（ＣＨ3）2、ジエチルインジウム・アジド（Ｃ2Ｈ5）2ＩｎＮ3、ジメチルインジウム・アミド（ＣＨ3）2ＩｎＮＨ2、及びジメチルアミノ・ジエチルインジウム（Ｃ2Ｈ5）2ＩｎＮ（ＣＨ3）2が挙げられるが、これらには限定されない。
【００２５】
　本発明の前駆物質の付着係数が高いので（例えば、約１）、ＩｎＧａＡｓＮに比較的多くのＮを取り込むのに、Ｎ前駆物質を大量に供給する必要がない。例えば、Ｉｎ0.38Ｇａ0.62Ａｓ0.99Ｎ0.01に関してＩＩＩ族・Ｎ直接結合を有する本発明の前駆物質に必要な流量は、付着係数の差から推定すると、ＤＭＨｙに必要な流量の１０００分の１になる。さらに、本発明の前駆物質を利用したＩｎＧａＡｓＮ層へのＮの取り込みは、ＩｎＧａＡｓＮにおけるＩｎのモル分率、Ａｓ／ＩＩＩ族比、及び成長温度にほとんど左右されない。従って、本発明の前駆物質を利用すると、より高い成長温度及び高いＡｓ／ＩＩＩ族比（４０を超える）でＩｎＧａＡｓＮを成長させることが可能になる。これらの条件によって、一般に、質の高いＧａＡｓベースの材料を成長させることが可能になる。さらに、Ｎ前駆物質の供給量が少なくなるので、ＩｎＧａＡｓＮ層に不純物が取り込まれる可能性が低くなる。
【００２６】
　さらに、後述するように、本発明の前駆物質の付着係数が高いということは、Ｉｎのモル分率が高いＩｎＧａＡｓＮの組成においてＮを多くすることが容易であるということと同じである。例えば、Ｉｎのモル分率を高くして、Ｎが１％を超えるＩｎＧａＡｓＮを成長させることが可能になる。本発明の前駆物質は付着係数が高いので、半導体レーザにおいて１．５５μｍの発光に対応する、Ｉｎが約４０％で、Ｎが３％のＩｎＧａＡｓＮが首尾よく成長することになる。
【００２７】
　さらに、Ｉｎ−Ｎ直接結合及びＧａ−Ｎ直接結合を含む前駆物質の供給量比を選択することによって、ＩｎＧａＡｓＮ層に存在するＩｎ−Ｎ直接結合数及びＧａ−Ｎ直接結合数の制御が可能になる。ＤＭＨｙ、またはＩＩＩ族原子とＮ原子との直接結合を有しない任意の前駆物質を利用すると、ＩｎＧａＡｓＮ層の成長中に、Ｎ原子に対してＧａが結合するか、Ｉｎが結合するかの制御が不可能になる。Ｉｎ−Ｎ直接結合数及びＧａ−Ｎ直接結合数を制御することができるで、ＩｎＧａＡｓＮ層の品質を最適化するさらなる機会が得られることになる。
【００２８】
　以下では、上記前駆物質についてさらに論じる。留意すべきことは、以下の説明は、半導体レーザ内におけるＩｎＧａＡｓＮの利用に関するものであるが、ＩｎＧａＡｓＮの製造に利用されるこのプロセスは、ＩｎＧａＡｓＮを必要とする他のデバイスの製造にも利用できるという点である。
【実施例１】
【００２９】
〔面発光型半導体レーザ〕
　以下では、Ｇａ−Ｎ直接結合及び／またはＩｎ−Ｎ直接結合を含む前駆物質を用いて、ＶＣＳＥＬの活性領域が形成される、本発明の半導体レーザ製造システム及び製造方法を利用して製造することが可能な面発光型半導体レーザ（Vertical Cavity Surface-Emitting Laser:ＶＣＳＥＬ）について説明する。図１は、本発明の第１の実施態様によるＶＣＳＥＬ１０２を例示した概略図であり、その活性層には、本発明の製造システム及び製造方法を利用して製造されたＩｎＧａＡｓＮが含まれている。Ｇａ−Ｎ直接結合及び／またはＩｎ−Ｎ直接結合を含む前駆物質の付着係数が高いので、Ｉｎのモル分率が高くても、ＩｎＧａＡｓＮへのＮの取り込みが改善される。一例として、付着係数が高いと、約１．５５μｍの波長における発光に対応する、Ｉｎが約４０％で、Ｎが３％のＩｎＧａＡｓＮが首尾よく成長することになる。
【００３０】
　ＶＣＳＥＬ１０２には、いくつかの層が含まれており、そのそれぞれについて、以下で詳述する。すなわち、ＶＣＳＥＬ１０２の構造を説明すると、ＶＣＳＥＬ１０２には、ＧａＡｓ基板１０４が含まれており、その底面には、ｎ型電極層１２６が配置されている。ＧａＡｓ基板１０４上には、ＧａＡｓから構成される緩衝層１０６が配置されている。緩衝層１０６上には、ｎ型ＤＢＲ１０８が配置されている。
【００３１】
　ｎ型ＤＢＲ１０８上には、光共振器１２１が配置されている。光共振器１２１には、ｎ型ＤＢＲ１０８上に配置された第１のクラッディング層１１２と、第１のクラッディング層１１２と第２のクラッディング層１１６との間に配置された活性領域１１４とが含まれている。図３は、図１のＶＣＳＥＬ内に配置された光共振器１２１をさらに例示した概略図である。
【００３２】
　第２のクラッディング層１１６上には、ｐ型ＤＢＲ１２０が配置されている。さらに、ｐ型ＤＢＲ１２０上には、ＧａＡｓから造られた接触層１２２が配置されている。接触層１２２の上には、金属電極１２４が配置されている。上述のＶＣＳＥＬ１０２層に利用される材料、並びに、層厚については、図１のＶＣＳＥＬ１０２の製造方法に関連して後述する図２に関連して述べる。留意すべきことは、図２の説明は、ＶＣＳＥＬ１０２とその製造について述べたものであるが、ＶＣＳＥＬ１０２の部分の製造には、本発明の第１の実施態様に従って開示されたものとは異なる材料を代用することができるという点である。ＶＣＳＥＬ１０２は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）半導体製造方法によって製造される。当該技術において既知のように、ＭＯＣＶＤでは、不活性キャリヤ・ガスを通すと、特にＭＯＣＶＤリアクタと呼ばれる成長室内に配置されている加熱した半導体基板上を通過する、化学物質の蒸気を発生する液体化学前駆物質が用いられる。ＭＯＣＶＤリアクタの状態は、蒸気が基板上を通過すると、気体前駆物質の結合によって、エピタキシャル薄膜が形成されるように制御される。例示のため、ＶＣＳＥＬ１０２の成長にＭＯＣＶＤリアクタを用いるものとする。
【００３３】
　図２は、本発明に従って、その一部に本発明の前駆物質を利用して生成されるＩｎＧａＡｓＮ層を含む、ＶＣＳＥＬを製造する方法を示すフローチャートである。本開示のフローチャートの各ブロックは、この方法の一部に相当する。代替実施態様の中には、これらのブロックに記載のプロセスが、フローチャートに示す順番を違えて実施可能なものもある。例えば、連続して示されている２つのブロックは、実際には、ほぼ同時に実施することもできるし、あるいは、逆の順序に実施することが可能な場合もある。
【００３４】
　以下では、単一のＶＣＳＥＬ１０２の製造方法について説明するが、図２に関連して説明する製造プロセスは、図１のＶＣＳＥＬ１０２のような複数のＶＣＳＥＬの製造が可能なＶＣＳＥＬ層構造体の製造に利用することも可能である。
【００３５】
　図１に示すように、ＧａＡｓ基板１０４によって、ＶＣＳＥＬ１０２を成長させるための基礎が得られる。本発明の第１の実施態様によれば、ＧａＡｓ基板１０４は、ｎ型ＧａＡｓ基板である。ＧａＡｓ基板１０４は、製造に備えて、下記のように前処理することが可能である。ＧａＡｓ基板が、ＭＯＣＶＤリアクタ（図３に関連して後述する）に送られる。リアクタの圧力を約５０ミリバール（ｍｂａｒ）まで低下させ、ＭＯＣＶＤリアクタ内の雰囲気を完全に窒素に置換して、酸素と水分とを除去する。５０〜１０００ｍｂａｒの範囲の圧力で、ＭＯＣＶＤリアクタに水素とアルシンとを導入し、その後約５分間にわたって、ＧａＡｓ基板を６００〜８００℃まで加熱し、ＧａＡｓ基板を清浄化することによって、ＧａＡｓ基板１０４が得られる。
【００３６】
　さらに図２を参照すると、ＭＯＣＶＤリアクタ内において、ＧａＡｓ基板１０４上に緩衝層１０６を成長させる（ブロック２０２）。本発明の第１の実施態様によれば、緩衝層１０６は、ＧａＡｓから製造されており、厚さが１００〜５００ナノメートル（ｎｍ）で、６００〜８００℃の温度で成長させたＳｉをドープした（５×１０17〜５×１０18ｃｍ-3）ｎ型ＧａＡｓ緩衝層である。ＧａＡｓ緩衝層１０６は、上述の厚さとは異なる厚さにすることも可能である。ＧａＡｓ緩衝層１０６は、ＧａＡｓ基板１０４の表面及び／または非平坦表面における不純物のようなものが挙げられるがこれらには制限されないＧａＡｓ基板１０４の表面の不完全性を補償する。
【００３７】
　ブロック２０４では、６００〜８００℃の温度で、ＧａＡｓ緩衝層１０６上にｎ型ＤＢＲ１０８を成長させる。本発明の第１の実施態様によれば、ｎ型ＤＢＲ１０８にはそれぞれ、Ｓｉをドープした（５×１０17〜５×１０18ｃｍ-3）ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．８＜ｘ≦１）層とＳｉをドープした（５×１０17〜５×１０18ｃｍ-3）ＧａＡｓ層とから構成される３５〜４５層の対が含まれている。ＳｉをドープしたＡｌxＧａ1-xＡｓ層は、層材料が、ＶＣＳＥＬ１０２の発光波長の四分の一に相当する厚さになるまで成長させる。ＳｉをドープしたＧａＡｓ層は、層材料が、ＶＣＳＥＬ１０２の発光波長の四分の一に相当する厚さになるまで成長させ、ＳｉをドープしたＡｌxＧａ1-xＡｓ層とＳｉをドープしたＧａＡｓ層の各界面において約１０〜３０ｎｍの線形グレーディング（liner grading）を生じる。ＤＢＲの反射率は、ＤＢＲの交互層を構成する材料間の屈折率の差と、ＤＢＲの形成に用いられる交互層の数によって決まる。これらのパラメータ並びにその他のパラメータは特定の反射特性を備えたＤＢＲを製造するために変更することが可能である。
【００３８】
　ｎ型ＤＢＲ１０８上に第１のクラッディング層１１２を成長させる（ブロック２０６）。本発明の第１の実施態様によれば、第１のクラッディング層１１２はＧａＡｓから製造され、これを１５０〜１７０ｎｍの厚さに成長させる。さらに、第１のクラッディング層１１２は、約５００〜５５０℃で成長させる。第１のクラッディング層１１２は、代替的に、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓＮ、またはＧａＡｓＮといった異なる材料を利用して製造することが可能である。第１のクラッディング層１１２の材料は、例えば、活性領域に関するより大きい価電子帯オフセット及び／または歪み補償といった、ＶＣＳＥＬ１０２の所望の特性（後述する）によって決まる。留意すべきことは、第１のクラッディング層１１２、活性領域１１４、及び第２のクラッディング層１１６の材料にはドーパントが添加されないという点である。
【００３９】
　ブロック２０８において、第１のクラッディング層１１２上に活性領域１１４を成長させる。活性領域１１４の製造は、種々の方法で実施可能である。図３は、図１の光共振器１２１をさらに例示した概略図である。本発明の第１の実施態様によれば、図３に例示された活性領域１１４には、３つの厚さが６〜１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層、すなわち、第１のＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１１、第２のＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１３、及び第３のＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１５が含まれている。これらの量子井戸層は、それぞれ、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡｓ）、及び本発明の半導体レーザ製造システム及び製造方法によって導入されるＧａ−Ｎ及び／またはＩｎ−Ｎを含む前駆物質によって、約５００〜６００℃で成長させる。
【００４０】
　活性領域１１４内では２つの厚さ５〜３０ｎｍの緩衝層、すなわち、ＧａＡｓから構成される第１の緩衝層１１７と第２の緩衝層１１９とが成長している。すなわち、第１の緩衝層１１７は、第１のＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１１と第２のＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１３との間に成長している。さらに、第２の緩衝層１１９は、第２のＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１３と第３のＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１５との間に成長している。ＧａＡｓから形成する代わりに、ＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、またはＩｎＧａＡｓＮによって緩衝層１１７、１１９を形成し、ＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１１、１１３、１１５に関して、より多くのキャリヤ閉じ込め及び／または歪み補償といった所望のＶＣＳＥＬ１０２特性が得られるようにすることが可能である。
【００４１】
　留意すべきことは、第１のクラッディング層１１２が、第１のＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１１の緩衝層としての働きをするという点である。さらに、第２のクラッディング層１１６は、第３のＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１５の緩衝層としての働きをする。従って、各ＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１１、１１３、１１５は、クラッディング層１１２、１１６とＧａＡｓ緩衝層１１７、１１９との間、または２つのＧａＡｓ緩衝層１１７、１１９の間に配置される。
【００４２】
　活性領域１１４には、単一の６〜１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層を代替的に含むことが可能である。他の実施態様によれば、６〜１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層の成長は、ＴＥＧａ及びＴＢＡｓに加えて、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）と、Ｇａ−Ｎ直接結合及び／またはＩｎ−Ｎ直接結合を含む前駆物質をＭＯＣＶＤリアクタ１３２（図４、後述する）に供給することによって実施される。図３の活性領域１１４のように、複数の量子井戸層の構造が望ましい場合には、ＭＯＣＶＤリアクタ１３２（図４）からのＴＭＩｎと、Ｇａ−Ｎ直接結合及び／またはＩｎ−Ｎ直接結合を含む前駆物質の流れを中断することによって、ＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１１、１１３、１１５上に、ＧａＡｓ緩衝層１１７、１１９を成長させることが可能である。留意すべきことは、ＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層１１１、１１３、１１５の成長は、所望の回数だけ繰り返すことが可能であるという点である。
【００４３】
　活性領域１１４にＩｎＧａＡｓＮを使用すると、活性領域１１４における所望の電子及び正孔の閉じ込めが可能になる。一方、先行技術によるＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ材料系を利用して、範囲が１．２〜１．６μｍの波長を備えた光を発生するＶＣＳＥＬが得られるようにすると、電子が活性領域１１４内にうまく閉じ込められないので、結果としてＶＣＳＥＬ１０２の動作温度において活性領域１１４からオーバフローするキャリヤが増大することになる。ＶＣＳＥＬ１０２にさらなる電流を消費させることになるスレショルド電流密度の増大のために、ＶＣＳＥＬ１０２が発熱すると、レーザの性能が低下することになる。結果として、ＩｎＧａＡｓＰ活性領域を備えるＶＣＳＥＬは冷却システムが必要になる可能性があるが、これは望ましくない。
【００４４】
　図２及び図１を再び参照すると、本発明の第１の実施態様によれば、活性領域１１４上には、ＧａＡｓから形成された第２のクラッディング層１１６を成長させる（ブロック２１２）。本発明の第１の実施態様によれば、第２のクラッディング層１１６は厚さが１５０〜１７０ｎｍで、約６００〜８００℃の温度で成長させる。第２のクラッディング層１１６は、代替的に、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓＮ、または、ＧａＡｓＮのような異なる材料を利用して製造することが可能である。例えば、層材料は、活性領域に関するより大きい伝導帯オフセット及び／または歪み補償といった、ＶＣＳＥＬ１０２の所望の特性によって決まる。
【００４５】
　留意すべきことは、第１及び第２のクラッディング層１１２、１１６と、活性領域１１４との組合せは、光共振器１２１と呼ばれることである。光共振器１２１の厚さは、光共振器１２１の材料に関して、ＶＣＳＥＬ１０２によって放出される光の波長のｎ倍に相当するのが望ましいが、ここで、ｎは整数である。一例として、ｎが１に等しく、放出される光の望ましい波長は１．３μｍであり、光共振器１２１の厚さは１．３μｍをＧａＡｓの屈折率である３．４で割った約３８０ｎｍであると仮定する。本発明の第１の実施態様によれば、ｎは１〜３である。もちろん、ｎに関して他の値を利用することも可能である。
【００４６】
　ブロック２１４では、第２のクラッディング層１１６上に、ｐ型ＤＢＲ１２０を成長させる。本発明の第１の実施態様によれば、ｐ型ＤＢＲ１２０には、それぞれ、Ｃをドープした（５×１０17〜５×１０18ｃｍ-3）ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０．８＜ｘ≦１）層とＣをドープした（５×１０17〜５×１０18ｃｍ-3）ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ＜０．２）層とから構成される、２０〜３５層の対が含まれている。ＣをドープしたＡｌxＧａ1-xＡｓ層は、層材料がＶＣＳＥＬ１０２の発光波長の四分の一に相当する厚さになるまで成長させる。ＣをドープしたＡｌyＧａ1-yＡｓ層は、やはり、層材料がＶＣＳＥＬ１０２の発光波長の四分の一に相当する厚さになるまで成長させ、ＣをドープしたＡｌxＧａ1-xＡｓ層とＣをドープしたＡｌyＧａ1-yＡｓ層との各界面において約１０〜３０ｎｍの線形グレーディングを生じる。
【００４７】
　ｐ型ＤＢＲ１２０には、電流閉じ込めを可能にするため、側面酸化層（laterally oxidized layer）の形成に用いられることになる、１０〜３０ｎｍのＣをドープしたＡｌzＧａ1-zＡｓ層を含むことが可能である。酸化速度が、ＣをドープしたＡｌxＧａ1-xＡｓ層のＡｌ含有量によって大いに左右されるので、ＡｌzＧａ1-zＡｓ層のｚ値は、ＶＣＳＥＬ１０２における他のＣをドープしたＡｌxＧａ1-xＡｓ層について選択されたｘ値を超えるように選択される。先行技術文献には、この酸化層の構造について記載されている（例えば、引用することにより本明細書の一部をなすものとする米国特許NO．５，８９６，４０８参照）。また留意すべきことは、イオン注入を単独で用いることにより、または側面酸化層構造と共同して用いることにより、電流の閉じ込めを実現することも可能であるという点である。
【００４８】
　ブロック２１６では、ｐ型ＤＢＲ１２０の成長がｐ型ＤＢＲ１２０上のＧａＡｓ接触層１２２で完了する。本発明の第１の実施態様によれば、ＧａＡｓ接触層１２２は、厚さが５０〜１００ｎｍで、多量のＣ（５×１０18〜１×１０20ｃｍ-3）がドープされている。ＣをドープしたＧａＡｓ接触層１２２によって、被着金属電極１２４に対する抵抗が少ないｐ接触が得られる。ＣをドープしたＧａＡｓ接触層１２２上に金属電極１２４を被着させると（ブロック２１８）、接触層１２２との電気的接続が可能になる。ＶＣＳＥＬ１０２には、ＧａＡｓ基板１０４との電気的接続を可能にするため、金属蒸着によってＧａＡｓ基板１０４上に被着させた（ブロック２２２）金属電極１２６も含まれている。
【００４９】
　次に、図４を参照し、さらに、図１を参照して、本発明の第１の実施態様に従ってＶＣＳＥＬ１０２を成長させるために利用可能なＭＯＣＶＤリアクタ１３２の一例について述べる。ＭＯＣＶＤリアクタ１３２の細部については当該技術分野において周知のところであるため、その多くは簡略化のため省略されている。ＭＯＣＶＤリアクタ１３２には、接続１３６を介して、リアクタ・コントローラ１３４が結合されている。リアクタ・コントローラ１３４は、ＭＯＣＶＤリアクタ１３２の種々の動作態様及びパラメータを制御する。さらに詳細に後述するように、リアクタ・コントローラ１３４は、とりわけ、エピタキシャル成長中に、ＭＯＣＶＤリアクタ１３２に導入される前駆物質の量を制御するために用いられる。
【００５０】
　ＭＯＣＶＤエピタキシャル成長を促進するため、構成成分である前駆物質化合物によって不活性キャリヤ・ガスの気泡を生じさせ、各々の化合物に飽和気体前駆物質が生成されるようにする。飽和気体前駆物質は、他の気体によって希釈され、キャリヤ・ガスによってＭＯＣＶＤリアクタ１３２に輸送される。飽和前駆物質が加熱した基板ウェーハ（例えば、ＧａＡｓ基板１０４）上を通過すると成分である原子が生じる。矢印１４２は、加熱した基板上を通過する飽和した前駆物質を例示している。原子は加熱したウェーハ上に付着し、下にある基板ウェーハの結晶構造と結合して、エピタキシャル層を形成する。
【００５１】
　図４に示す例の場合、ＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層の成長を促進するため、気体前駆物質１３８にはＧａ−Ｎ直接結合及び／またはＩｎ−Ｎ直接結合、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡｓ）、ガリウム前駆物質であるトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、及びインジウム前駆物質であるトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）が含まれている。エピタキシャル層の所望の組成に応じて他の気体前駆物質を利用することも可能である。例えば、キャリヤ・ガスは、水素（Ｈ2）または窒素（Ｎ2）とすることも可能である。キャリヤ・ガスは気体前駆物質を通り気泡を生じる。その結果生じる気体の前駆物質と不活性キャリヤ・ガスは、その後組み合わされて適切な濃度の混合ガスになり、この混合ガスがＭＯＣＶＤリアクタ１３２に流入する。
【００５２】
　最適な層厚、組成の一様性、及び界面の急変を実現するため、追加のキャリヤ・ガスを導入して混合ガスの流速を増すことが可能である。加熱したサセプタ１４４には、その上にＶＣＳＥＬ１０２のＧａＡｓ基板１０４が配置される、一般に、黒鉛、炭化珪素、または、モリブデンから形成される加熱表面を含む。ＧａＡｓ基板１０４上に、ｎ型ＧａＡｓ緩衝層１０６、ｎ型ＤＢＲ１０８、第１のクラッディング層１１２、活性領域１１４、第２のクラッディング層１１６、ｐ型ＤＢＲ１２０、及び接触層１２２を成長させて、ＶＣＳＥＬ１０２が形成される。
【実施例２】
【００５３】
［端面発光レーザ］
　上述のように、ＩｎＧａＡｓＮは、図１に例示のＶＣＳＥＬのようなＶＣＳＥＬの活性領域の製造だけでなく、波長の長い端面発光レーザの活性領域の製造にも魅力のある材料である。以下では、本発明の第２の実施態様に従って、波長の長い端面発光レーザについて述べる。図５は、その一部に本発明の製造システム及び製造方法を利用して製造されたＩｎＧａＡｓＮを含む端面発光レーザ１５２を例示した概略図である。
【００５４】
　端面発光レーザ１５２には複数の層が含まれており、そのそれぞれについて詳細に後述する。すなわち、端面発光レーザ１５２には、その底面にｎ型電極層１７４が配置されるＧａＡｓから形成された基板１５４が含まれている。ＧａＡｓ基板１５４上には、ＧａＡｓから構成された緩衝層１５６が配置されている。緩衝層１５６上には、ＡｌＧａＡｓから形成された第１のクラッディング層１５８が配置されている。
【００５５】
　第１のクラッディング層１５８上には、ＧａＡｓから形成されている第１の光導波層１６２が配置されている。第１の光導波層１６２上には、活性領域１６４が配置されている。活性領域１６４上には、ＧａＡｓで形成された第２の光導波層１６６が配置されている。第１の光導波層１６２、活性領域１６４、及び第２の光導波層１６６の組合せは、光共振器１６０と呼ばれる。第２の光導波層１６６上には、ＡｌＧａＡｓから形成された第２のクラッディング層１６８が配置されている。さらに、第２のクラッディング層１６８上には、ＧａＡｓからなる接触層１７２が配置されている。接触層１７２上には、金属電極１８０が配置されている。留意すべきことは、以下に端面発光レーザ１５２及びその製造について説明するが、本発明の第２の実施態様に従って開示されるものとは異なる材料を代用して端面発光レーザ１５２の部分を製造することも可能であるという点である。
【００５６】
　上述の端面発光レーザ１５２の部分に利用される材料、及び層厚は、端面発光レーザ１５２の製造について明らかにする図６の方法に関連して説明する。さらに図５を参照すると、端面発光レーザ１５２を製造するため、ＧａＡｓ基板１５４は、ＭＯＣＶＤリアクタ１３２に送られる。第２の実施態様によれば、ＧａＡｓ基板１５４はエピ・レディ（epi-ready）ｎ型ＧａＡｓ基板１５４である。次に、リアクタ圧力を約５０ミリバール（ｍｂａｒ）まで低下させ、ＭＯＣＶＤリアクタ１３２内の雰囲気を完全に窒素に置換して、酸素と水分とを除去する。水素及びアルシンが、５０〜１０００ｍｂａｒの範囲の圧力で導入され、その後、約５分間にわたって６００〜８００℃の温度でＧａＡｓ基板を加熱し、ＧａＡｓ基板の清浄化が実施される。
【００５７】
　ブロック２５２で示すように、ＧａＡｓ基板１５４上に、ＧａＡｓ緩衝層１５６を成長させる。第１の実施態様によれば、ＧａＡｓ緩衝層１５６は、厚さが１００〜５００ｎｍで、Ｓｉがドープされ（１×１０17〜５×１０18ｃｍ-3）、５０〜１０００ｍｂａｒのＨ2周囲圧下において、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、及びアルシン（ＡｓＨ3）を用いて、６００〜８００℃の温度で成長させる。ＧａＡｓ緩衝層１５６によって、ＧａＡｓ基板１５４上に平滑な表面が得られる。
【００５８】
　ＧａＡｓ緩衝層１５６上に、クラッディング層１５８を成長させる（ブロック２５４）。第２の実施態様によれば、第１のクラッディング層１５８は、ＭＯＣＶＤリアクタ１３２にさらにトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）の流れを供給することによってＧａＡｓ緩衝層１５６上に成長させる、厚さが１５００〜２５００ｎｍで、Ｓｉをドープされた（１×１０17〜５×１０18ｃｍ-3）、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓの層である。当業者には明らかなように、ＡｌＧａＡｓクラッディング層１５８と第１の光導波層１６２とは、共同して端面発光レーザ１５２の活性領域（後述する）において発生する光の光閉じ込めを可能にする。ＡｌＧａＡｓクラッディング層１５８はＡｌのモル分率がＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層よりも高いので、第１のＡｌＧａＡｓクラッディング層１５８と第１のＧａＡｓ光導波層１６２との間における屈折率の差が大きくなり、結果として、光閉じ込めが増大し、スレショルド電流密度が低下する可能性がある。さらに、代替実施態様によれば、ＡｌＧａＡｓクラッディング層１５８をＩｎＧａＰクラッディング層に置換して、光閉じ込めの増大といった所望の特性が得られるようにすることも可能である。
【００５９】
　第１のＡｌＧａＡｓクラッディング層１５８上に、第１のＧａＡｓ光導波層１６２を成長させる（ブロック２５６）。厚さが１００〜２００ｎｍの第１のＧａＡｓ光導波層１６２が成長するまで、ＭＯＣＶＤリアクタ１３２（図４）からのＴＭＡｌおよびＳｉ2Ｈ6の流れを中断することによって、第１のＧａＡｓ光導波層１６２を成長させる。留意すべきことは、第１のＧａＡｓ光導波層１６２、活性領域１６４、及び第２のＧａＡｓ光導波層１６６の成長のあいだ、ＭＯＣＶＤリアクタ１３２にはドーパントが添加されないという点である。ＭＯＣＶＤリアクタ１３２内の温度は、第１のＧａＡｓ光導波層１６２の成長のあいだ、５００〜５５０℃の温度まで徐々に低下させていく。
【００６０】
　ブロック２５８では、第１のＧａＡｓ光導波層１６２上に、活性領域１６４を成長させる。本発明の第２の実施態様によれば、活性領域１６４には、厚さが６〜１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層が含まれている。厚さが６〜１０ｎｍのＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層を成長させる場合、ＴＥＧａ及びＴＢＡｓに加えて、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、及びＧａ−Ｎ直接結合及び／またはＩｎ−Ｎ直接結合を含む前駆物質がＭＯＣＶＤリアクタ１３２に供給される。端面発光レーザ１５２において複数量子井戸層構造が必要とされる場合には、各ＧａＡｓ緩衝層の成長中、ＭＯＣＶＤリアクタ１３２からのＴＭＩｎ、及びＧａ−Ｎ直接結合及び／またはＩｎ−Ｎ直接結合を含む前駆物質の流れを中断することによって、ＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層間にＧａＡｓ緩衝層を成長させることが可能である。ＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層及びＧａＡｓ緩衝層の成長は、所望の回数だけ繰り返すことが可能である。緩衝層は、キャリヤ閉じ込めの増大及び／または、ＩｎＧａＡｓＮ量子井戸層の歪み補償といった所望の特性が得られるように、ＧａＡｓＮ、ＧａＡｓＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、または、ＩｎＧａＡｓＮといった種々の材料を利用して、製造することが可能である。
【００６１】
　活性領域１６４上に、第２のＧａＡｓ光導波層１６６を成長させる（ブロック２６２）。本発明の第２の実施態様によれば、第２のＧａＡｓ光導波層１６６は、ＭＯＣＶＤリアクタ１３２（図３）内の温度を６００〜８００℃まで上昇させながら成長させる、厚さが１００〜２００ｎｍのＧａＡｓ層である。
【００６２】
　ブロック２６４では、第２のＧａＡｓ光導波層１６６上に、第２のＡｌＧａＡｓクラッディング層１６８を成長させる。本発明の第２の実施態様によれば、第２のＡｌＧａＡｓクラッディング層１６８は、厚さが１．５〜２．５μｍで、Ｃをドープした（１×１０17〜５×１０18ｃｍ-3）Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層である。第１のＡｌＧａＡｓクラッディング層１５８の場合と同様、第２のＡｌＧａＡｓクラッディング層１６８は、Ａｌのモル分率がＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ層よりも高いので、第２のＡｌＧａＡｓクラッディング層１６８とＧａＡｓ光導波層１６２、１６６との間における屈折率の差が大きくなる。その結果として、光閉じ込めが増大し、スレショルド電流密度が低下する可能性がある。さらに、代替の実施態様によれば、第２のＡｌＧａＡｓクラッディング層１６８をＩｎＧａＰクラッディング層に置換して、光閉じ込めの増大といった所望の特性が得られるようにすることも可能である。
【００６３】
　第２のＡｌＧａＡｓクラッディング層１６８上には、ＧａＡｓ接触層１７２を成長させる（ブロック２６６）。本発明の第２の実施態様によれば、接触層１７２は、多量にＣをドープした（５×１０18〜１×１０20ｃｍ-3）厚さが５０〜２００ｎｍのＧａＡｓ層である。ＧａＡｓ接触層１７２によって、被着した金属電極１８０に対する抵抗の少ないｐ型接触が得られる（ブロック２６８）。金属電極１８０は、端面発光レーザ１５２に電流を供給するために利用される。端面発光レーザ１５２には、金属蒸着（metal deposition）プロセスによってＧａＡｓ基板１５４上に被着した金属電極１７４（ブロック２７２）も含まれている。
【００６４】
　本発明の代替の実施態様によれば、アルミニウム原子と窒素原子との直接結合（Ａｌ−Ｎ）、及び／または、ホウ素原子と窒素原子との直接結合（Ｂ−Ｎ）を含む前駆物質が使用される。Ａｌ−Ｎ及び／またはＢ−Ｎを含む前駆物質は、Ｇａ−Ｎ直接結合及び／またはＩｎ−Ｎ直接結合を含む前駆物質によって可能となるのと同じ方法で、半導体レーザ内に取り込まれるＮを増大させるのに有効である。Ａｌ−Ｎ及び／またはＢ−Ｎを含む前駆物質を用いて成長させる材料の例としては、ＩｎＡｌＡｓＮ及びＩｎＢＡｓＮが含まれる。
【００６５】
　Ａｌ−Ｎ直接結合を備える前駆物質の例には、ジエチルアルミニウム・アジド（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＮ3、ジメチルアルミニウム・アミド（ＣＨ3）2ＡｌＮＨ2、及びジメチルアミノ・ジエチルアルミニウム（Ｃ2Ｈ5）2ＡｌＮ（ＣＨ3）2が含まれるが、これらには限定されない。さらに、Ｂ−Ｎ直結結合を備える前駆物質の例には、ジメチルボロンアジド（Ｃ2Ｈ5）2ＢＮ3、ジメチルボロン・アミド（ＣＨ3）2ＢＮＨ2、及びジメチルアミノ・ジエチルボロン（Ｃ2Ｈ5）2ＢＮ（ＣＨ3）2が含まれるが、これらには限定されない。
【００６６】
　強調しておくべきことは、本発明の上述の実施態様は、本発明の原理の明確な理解が得られるように述べた、単に可能性のある実施例でしかないということである。本発明の上述の実施態様には、本発明の精神及び原理を逸脱することなく、多くの変更及び修正を加えることが可能である。こうした修正及び変更は、全て本開示及び本発明の範囲内に含まれ、添付の請求の範囲によって保護されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、その一部に本発明の前駆物質を用いて生成されるＩｎＧａＡｓＮ層を含むＶＣＳＥＬの一例を例示した概略図である。
【図２】図２は、図１のＶＣＳＥＬの製造プロセスを例示したフローチャートである。
【図３】図３は、図１のＶＣＳＥＬ内に配置された光共振器をさらに例示した概略図である。
【図４】図４は、図１のＶＣＳＥＬの活性領域を成長させるために利用されるＭＯＣＶＤリアクタを例示した概略図である。
【図５】図５は、その一部に前駆物質を用いて生成されるＩｎＧａＡｓＮ層を含む端面発光レーザの一例を例示した概略図である。
【図６】図６は、図４の端面発光レーザの製造プロセスを例示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
１０２　発光素子
１０４　基板
１０８　第１の分布型ブラッグ反射器
１１１、１１３、１１５　ＩｎＧａＡｓ層
１２０　第２の分布型ブラッグ反射器
１２１　光共振器
１３２　成長室
１３８　窒素前駆物質
１５２　発光素子
１５４　基板
１６０　光共振器
１６４　活性領域
【図１】
2004128504.tif 000003
【図２】
2004128504.tif 000004
【図３】
2004128504.tif 000005
【図４】
2004128504.tif 000006
【図５】
2004128504.tif 000007
【図６】
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