(57)【要約】【課題】ｐ型半導体層を形成した後に窒素を含む活性層を形成する構造とし、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する場合にも、活性層の発光強度が劣化してしまうという問題が生じることを防止する。【解決手段】活性層への酸素の取り込みを抑え発光効率を低下させないようにするため、下部反射鏡の最上部の低屈折率層中に設けたＧａＡｓ層（４０ｎｍの厚さ）の成長の途中で成長中断し、一度被成長基板を別室に移動させ、被成長基板を保持していたサセプターを成長室に戻してキャリアガスであるＨ２ガスを供給しながらサセプターを成長温度より高い温度で加熱させ、Ａｌ系残留物を除外した。【選択図】　　　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子の製造方法であって、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、成長を中断し、キャリアガスでガス供給ラインもしくは成長室をパージする工程であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の半導体発光素子の製造方法において、前記成長中断中に、サセプターをベーキングすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、エッチングガスを成長室に供給する工程であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
請求項４記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、有機系窒素化合物ガスであることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
請求項４記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、酸素（Ｏ）を含むガスであることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
請求項４記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、塩素（Ｃｌ）を含むガスであることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成し、また、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも一層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層を形成する半導体発光素子の製造方法であって、被選択酸化層の成長後、前記ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、前記ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、成長を中断し、キャリアガスでガス供給ラインもしくは成長室をパージする工程であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記成長中断中に、サセプターをベーキングすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、エッチングガスを成長室に供給する工程であることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、有機系窒素化合物ガスであることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、酸素（Ｏ）を含むガスであることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、塩素（Ｃｌ）を含むガスであることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項１５】
窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置した被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子において、窒素を含む活性層中の酸素濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１６】
窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置した被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子において、窒素を含む活性層中のＡｌ濃度は２×１０１９ｃｍ−３以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１７】
窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中に配置されたＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層の一部が選択的に酸化されて電流狭窄構造が形成されている半導体発光素子であって、前記被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも一層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１８】
窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中に配置されたＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層の一部が選択的に酸化されて電流狭窄構造が形成されている半導体発光素子において、前記被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１９】
請求項１８記載の半導体発光素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＩｎＮＰ，ＧａＮＰＡｓ，ＧａＩｎＮＰＡｓのいずれかであることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２０】
請求項１８記載の半導体発光素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層と窒素を含む活性層との間に、その両者よりもバンドギャップエネルギーが大きいＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰのいずれか１つからなる層が形成されていることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２１】
窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子の製造方法であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも１層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層を形成し、前記被選択酸化層の成長後、前記ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の面発光型半導体レーザ素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、成長を中断し、キャリアガスでガス供給ラインもしくは成長室をパージする工程であることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２３】
請求項２２記載の面発光型半導体レーザ素子の製造方法において、前記成長中断中に、サセプターをベーキングすること特徴とする面発光型半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２４】
窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも１層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層が形成されていることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【請求項２５】
窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層が形成されていることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【請求項２６】
請求項２５記載の面発光型半導体レーザ素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＩｎＮＰ，ＧａＮＰＡｓ，ＧａＩｎＮＰＡｓのいずれかであることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【請求項２７】
請求項２５記載の面発光型半導体レーザ素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層と窒素を含む活性層との間に、その両者よりもバンドギャップエネルギーが大きいＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰのいずれか１つからなる層が形成されていることを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。
【請求項２８】
請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子が複数個配列されて構成されていることを特徴とする面発光型半導体レーザアレイ。
【請求項２９】
請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子、または、請求項２８記載の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送信モジュール。
【請求項３０】
請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子、または、請求項２８記載の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光送受信モジュール。
【請求項３１】
請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子、または、請求項２８記載の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられていることを特徴とする光通信システム。
【請求項３２】
基板と活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられる半導体発光素子の製造方法であって、前記Ａｌを含む半導体層を成長した後であって、窒素を含む活性層の成長を開始する前に、エッチングガスとして臭素を含んだガスを成長室内に供給し、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項３３】
基板と活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられる半導体発光素子の製造方法であって、前記Ａｌを含む半導体層を成長した後であって、窒素を含む活性層の成長を開始する前に成長を一度中断し、再成長する前にエッチングガスとして臭素を含んだガスを成長室内に供給し、被成長基板の表面の一部を除去する工程を設けたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子および面発光型半導体レーザ素子の製造方法および面発光型半導体レーザ素子および面発光型半導体レーザアレイおよび光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、インターネットの爆発的普及に見られるように、扱われる情報量が飛躍的に増大しており、今後さらに加速すると考えられる。このため、幹線系のみならず、各家庭やオフィスといった加入者系やＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのユーザに近い伝送路、さらには、各機器間や機器内の配線へも光ファイバーが導入され、光による大容量情報伝送技術が極めて重要となる。
【０００３】
更に、同時により多くのデータを伝送するために複数の半導体レーザを集積させた半導体レーザアレイを用いた並列伝送も試みられている。この場合、高速動作が可能なバイポーラトランジスタ駆動回路が良く用いられており、アノードコモンとなるためｐ型基板を用いた半導体レーザが用いられる。
【０００４】
また、安価で、距離を気にしないで、光ネットワーク，光配線の大容量化を図るためには、光源として、シリカファイバーの伝送ロスが小さく整合性の良い１．３μｍ帯，１．５５μｍ帯の面発光型半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ：　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｃａｖｉｔｙ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｌａｓｅｒ：垂直キャビティ面発光型半導体レーザ素子）が極めて有望である。面発光型半導体レーザ素子は、端面発光型レーザに比べて、低価格、低消費電力、小型、２次元集積化に向き、実際にＧａＡｓ基板上に形成できる０．８５μｍ帯では、すでに、高速ＬＡＮである１Ｇｂｉｔ／ｓのイーサネットなどで実用化されている。
【０００５】
面発光型半導体レーザ素子では、電流注入を効率良く行うために、ＡｌとＡｓを主成分とした被選択酸化層の一部を選択的に酸化したＡｌ酸化膜による電流狭窄が行われる。この電流狭窄層は、その目的から、ｐ側領域の活性層に近い位置に設けられる。具体的には、電流狭窄層は、ＡｌＧａＡｓ系材料を用い、低屈折率層と高屈折率層を周期的に積層してなる多層膜反射鏡の最も活性層に近い低屈折率層に形成する場合が多い。電流狭窄層を活性層に近づけて形成することで、電流の広がりを抑えることができ、大気に触れない微小領域に効率良くキャリアを閉じ込めることができる。さらに酸化してＡｌ酸化膜とすることで、屈折率が小さくなり、凸レンズの効果でキャリアの閉じ込められた微小領域に効率良く光を閉じ込めることができ、極めて効率が良くなり、しきい値電流を低減することができる。また、容易に電流狭窄構造を形成できることから、製造コストを低減できて、最近は良く用いられている。
【０００６】
１．３μｍ帯ではＩｎＰ基板上の材料系が一般的であり、端面発光型レーザでは実績がある。しかし、この従来の長波長帯半導体レーザでは、環境温度が室温から８０℃になると動作電流が３倍にも増加する大きな欠点を持っている。また、面発光型半導体レーザ素子においては反射鏡に適した材料がないため高性能化は困難であり、実用レベルの特性が得られていないのが現状である。
【０００７】
このため、ＩｎＰ基板上の活性層とＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ反射鏡とを直接接合で貼り合わせた構造により、現状での最高性能が得られている（文献「Ｖ．　Ｊａｙａｒａｍａｎ，　Ｊ．Ｃ．　Ｇｅｓｋｅ，　Ｍ．Ｈ．　ＭａｃＤｏｕｇａｌ　Ｆ．Ｈ．　Ｐｅｔｅｒｓ，　Ｔ．Ｄ．　Ｌｏｗｅｓ，　ａｎｄ　Ｔ．Ｔ．　Ｃｈａｒ，　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．　Ｌｅｔｔ．，　３４，　（１４），　ｐｐ．　１４０５−１４０６，　１９９８．」を参照）。
【０００８】
しかし、この方法は、コスト上昇を避けられないので、量産性の点で問題があると考えられる。そこで最近、ＧａＡｓ基板上に１．３μｍ帯を形成できる材料系が注目され、（Ｇａ）ＩｎＡｓ量子ドット、ＧａＡｓＳｂやＧａＩｎＮＡｓ（例えば、特開平６−３７３５５号を参照）が研究されている。この中でも、ＧａＩｎＮＡｓは、レーザ特性の温度依存性を極めて小さくすることができる新規な材料として注目されている。
【０００９】
ＧａＡｓ基板上のＧａＩｎＮＡｓ系半導体レーザは、窒素添加によりバンドギャップが小さくなるので、ＧａＡｓ基板上に１．３μｍ帯などの長波長帯を形成できるようになる。Ｉｎ組成１０％のとき窒素（Ｎ）組成が約３％で１．３μｍ帯を形成できるが、窒素（Ｎ）組成が大きいほど、しきい値電流密度が急激に上昇するという問題がある。
【００１０】
図１は、本願の発明者が実験的に求めたしきい値電流密度の窒素組成依存性を示す図であり、横軸は窒素（Ｎ）組成割合（％）を、縦軸はしきい値電流密度を示している。このように、しきい値電流密度が窒素組成が大きくなるに伴って急激に上昇する理由は、ＧａＩｎＮＡｓ層の結晶性が窒素組成増加に伴い劣化するためである。
【００１１】
このため、いかにＧａＩｎＮＡｓを高品質に成長するかが課題となる。このようなＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法には、ＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属化学気相成長法）やＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ；分子線エピタキシャル成長法）が試みられている。
【００１２】
このうち、ＭＯＣＶＤ法は、ＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、また、ＭＢＥ法では原料供給をセルの温度を変えて制御するのに対して、原料ガス流量を制御するだけでよく、また成長速度を高くすることができ、容易にスループットを上げられることから、極めて量産に適した成長方法である。実際に実用化されている０．８５μｍ帯面発光型半導体レーザ素子の生産には、全て（ほとんどの場合）、ＭＯＣＶＤ法が用いられている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＧａＩｎＮＡｓ系の面発光型半導体レーザ素子に関する従来の報告では、ＧａＩｎＮＡｓ系の面発光型半導体レーザ素子は、量産に適したＭＯＣＶＤ法で成長された例は少なく、その多くはＭＢＥ法によって成長されたものであり、十分な特性を有するものとなっていない。すなわち、ＭＢＥ法により成長されたものは、ｐ側多層膜反射鏡の抵抗が極めて高いので、ｐ側多層膜反射鏡を電流経路としない方法を用いたりしているが、結局、動作電圧が高くなってしまうなどの問題を有していた。
【００１４】
このように、従来では、量産に適したＭＯＣＶＤ法によるＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素子の製造方法は未だ確立されていないが、本願の発明者等によって徐々に確立されつつある。
【００１５】
まず、ＭＯＣＶＤ法によるＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素子の高性能化を阻んでいる原因について、本願の発明者等の実験結果について述べる。
【００１６】
図２は、一般的なＭＯＣＶＤ装置の概略を示す図である。ＭＯＣＶＤ法は、少なくとも有機金属原料を一部に用い、原料ガスの熱分解と被成長基板との表面反応により結晶成長させる気相成長方法である。ＭＯＣＶＤ装置は、図２に示すように、原料ガスが供給される原料ガス供給部と、被成長基板を加熱するための加熱手段（図示せず）と、加熱部（加熱体）と、反応済みのガスを排気するための排気部（排気ポンプなど）とを有している。ここで、空気が成長室（反応室）に入らないように、基板は、通常、基板出し入れ口から入れ、排気部による真空引き後に成長室（反応室）に搬送される。また、原料ガス供給部は、通常、ＩＩＩ族ガスラインとＶ族ガスラインとに分けられている。そして、図２の例では、反応室入り口手前でＩＩＩ族原料とＶ族原料とを合流させるように構成されている。
【００１７】
また、成長室（反応室）の圧力は５０Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏｒｒ程度の減圧がよく用いられる。その原料には、ＩＩＩ族原料として、Ｇａ：ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＥＧ（トリエチルガリウム），Ａｌ：ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム），Ｉｎ：ＴＭＩ（トリメチルインジウム）などの有機金属が用いられる。また、Ｖ族原料には、ＡｓＨ３（アルシン），ＴＢＡ（ターシャルブチルアルシン），ＰＨ３（フォスフィン），ＴＢＰ（ターシャルブチルアルシン）などの水素化物ガスや有機化合物が一般に用いられる。
【００１８】
また、キャリアガスには、水素ガス（Ｈ２）が通常用いられ、キャリアガスは、通常、水素精製器を通して不純物を除去して供給している。そして、窒素を含んだ半導体層成長のための窒素原料には、ＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン），ＭＭＨｙ（モノメチルヒドラジン）等の有機化合物を用いることができる。なお、原料はこれに限られるものではない。有機金属や有機窒素化合物のような液体または固体の原料は、バブラーに入れられてキャリアガスを通してバブリングすることで供給される。また、水素化物はガスシリンダーに入れられ供給される。図２では、ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩ，ＤＭＨｙがバブラー（液体，個体原料バブラー）を用い、ＡｓＨ３とドーパントガス（図２では１種類のみ示している）がガスシリンダーを用いている。
【００１９】
原料ガスの経路はバルブで切り変え、供給量をＭＦＣマスフローコントローラー等で制御することで、必要な材料，組成を成長させることができる。一般に、ＩＩＩ族ガスライン，Ｖ族ガスラインごとに反応室にガスを供給するメインラインと、排気ポンプにガスを供給するベントラインとを有し、さらに、原料ラインの他にダミーライン（図中、ダミーライン１，２を参照）を設けて、それぞれ、メインラインまたはベントラインのどちらか一方に合流するようにバルブを切り替え、メインラインとベントラインとの圧力差をなくすことで、ガス流が極力乱れないようにしている。なお、メインライン，ベントライン，ダミーラインもキャリアガスが供給されている。
【００２０】
複数の半導体層を有する半導体発光素子等を成長する場合、各層ごとに必要な原料をメインライン側に供給し、キャリアガスを供給するダミーラインをベント側に供給し、結晶成長が行われる。成長の厚さは原料ガスを供給する時間で制御する。これにより必要な構造を成長できるので、ＭＯＣＶＤ法は、スループットが良く、量産に向いた成長方法となっている。
【００２１】
図３には、このようなＭＯＣＶＤ装置で作製したＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層（窒素を含んだ半導体層）とＧａＡｓバリア層とからなるＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量子井戸構造（活性層）の室温フォトルミネッセンススペクトルが示されている。図４は図３の測定に用いた試料構造を示す図である。この試料構造は、ＧａＡｓ基板２０１上に、下部クラッド層２０２、中間層２０３、窒素を含む活性層２０４、中間層２０３、上部クラッド層２０５が順次積層されたものとなっている。
【００２２】
図３において、符号ＡはＡｌＧａＡｓクラッド層上にＧａＡｓ中間層をはさんで２重量子井戸構造を形成した試料を示すものであり、符号ＢはＧａＩｎＰクラッド層上にＧａＡｓ中間層をはさんで２重量子井戸構造を連続的に形成した試料を示すものである。
【００２３】
図３に示すように、試料Ａでは試料Ｂに比べてフォトルミネッセンス強度が半分以下に低下している。このことから、１台のＭＯＣＶＤ装置を用いて、ＡｌＧａＡｓ等のＡｌを構成元素として含む半導体層上に、ＧａＩｎＮＡｓ等の窒素を含む活性層を連続的に形成すると、活性層の発光強度が劣化してしまうという問題が生じることがわかる。このため、ＡｌＧａＡｓクラッド層上に形成したＧａＩｎＮＡｓ系レーザの閾電流密度は、ＧａＩｎＰクラッド層上に形成した場合に比べて数倍高くなってしまう。
【００２４】
特に、例えば面発光レーザアレイを作製するために、半導体基板上にｐ型半導体層を形成した後に窒素を含む活性層を形成する構造とし、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する場合には、窒素を含む活性層とＡｌＡｓ系材料からなる被選択酸化層とが接近した構造となり、上記の結果は極めて問題である（すなわち、活性層の発光強度が劣化してしまうという問題が生じる）。
【００２５】
本発明は、ｐ型半導体層を形成した後に窒素を含む活性層を形成する構造とし、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する場合にも、活性層の発光強度が劣化してしまうという問題が生じることを防止することの可能な半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子および面発光型半導体レーザ素子の製造方法および面発光型半導体レーザ素子および面発光型半導体レーザアレイおよび光送信モジュールおよび光送受信モジュールおよび光通信システムを提供することを目的としている。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子の製造方法であって、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けることを特徴としている。
【００２７】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、成長を中断し、キャリアガスでガス供給ラインもしくは成長室をパージする工程であることを特徴としている。
【００２８】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の半導体発光素子の製造方法において、前記成長中断中に、サセプターをベーキングすることを特徴としている。
【００２９】
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、エッチングガスを成長室に供給する工程であることを特徴としている。
【００３０】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、有機系窒素化合物ガスであることを特徴としている。
【００３１】
また、請求項６記載の発明は、請求項４記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、酸素（Ｏ）を含むガスであることを特徴としている。
【００３２】
また、請求項７記載の発明は、請求項４記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、塩素（Ｃｌ）を含むガスであることを特徴としている。
【００３３】
また、請求項８記載の発明は、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成し、また、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも一層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層を形成する半導体発光素子の製造方法であって、被選択酸化層の成長後、前記ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けることを特徴としている。
【００３４】
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、前記ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、成長を中断し、キャリアガスでガス供給ラインもしくは成長室をパージする工程であることを特徴としている。
【００３５】
また、請求項１０記載の発明は、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記成長中断中に、サセプターをベーキングすることを特徴としている。
【００３６】
また、請求項１１記載の発明は、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、エッチングガスを成長室に供給する工程であることを特徴としている。
【００３７】
また、請求項１２記載の発明は、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、有機系窒素化合物ガスであることを特徴としている。
【００３８】
また、請求項１３記載の発明は、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、酸素（Ｏ）を含むガスであることを特徴としている。
【００３９】
また、請求項１４記載の発明は、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、塩素（Ｃｌ）を含むガスであることを特徴としている。
【００４０】
また、請求項１５記載の発明は、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置した被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子において、窒素を含む活性層中の酸素濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下であることを特徴としている。
【００４１】
また、請求項１６記載の発明は、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置した被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子において、窒素を含む活性層中のＡｌ濃度は２×１０１９ｃｍ−３以下であることを特徴としている。
【００４２】
また、請求項１７記載の発明は、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中に配置されたＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層の一部が選択的に酸化されて電流狭窄構造が形成されている半導体発光素子であって、前記被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも一層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層が形成されていることを特徴としている。
【００４３】
また、請求項１８記載の発明は、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中に配置されたＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層の一部が選択的に酸化されて電流狭窄構造が形成されている半導体発光素子において、前記被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層が形成されていることを特徴としている。
【００４４】
また、請求項１９記載の発明は、請求項１８記載の半導体発光素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＩｎＮＰ，ＧａＮＰＡｓ，ＧａＩｎＮＰＡｓのいずれかであることを特徴としている。
【００４５】
また、請求項２０記載の発明は、請求項１８記載の半導体発光素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層と窒素を含む活性層との間に、その両者よりもバンドギャップエネルギーが大きいＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰのいずれか１つからなる層が形成されていることを特徴としている。
【００４６】
また、請求項２１記載の発明は、窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子の製造方法であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも１層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層を形成し、前記被選択酸化層の成長後、前記ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けることを特徴としている。
【００４７】
また、請求項２２記載の発明は、請求項２１記載の面発光型半導体レーザ素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、成長を中断し、キャリアガスでガス供給ラインもしくは成長室をパージする工程であることを特徴としている。
【００４８】
また、請求項２３記載の発明は、請求項２２記載の面発光型半導体レーザ素子の製造方法において、前記成長中断中に、サセプターをベーキングすること特徴としている。
【００４９】
また、請求項２４記載の発明は、窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも１層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層が形成されていることを特徴としている。
【００５０】
また、請求項２５記載の発明は、窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層が形成されていることを特徴としている。
【００５１】
また、請求項２６記載の発明は、請求項２５記載の面発光型半導体レーザ素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＩｎＮＰ，ＧａＮＰＡｓ，ＧａＩｎＮＰＡｓのいずれかであることを特徴としている。
【００５２】
また、請求項２７記載の発明は、請求項２５記載の面発光型半導体レーザ素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層と窒素を含む活性層との間に、その両者よりもバンドギャップエネルギーが大きいＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰのいずれか１つからなる層が形成されていることを特徴としている。
【００５３】
また、請求項２８記載の発明は、請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子が複数個配列されて構成されている面発光型半導体レーザアレイである。
【００５４】
また、請求項２９記載の発明は、請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子、または、請求項２８記載の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられている光送信モジュールである。
【００５５】
また、請求項３０記載の発明は、請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子、または、請求項２８記載の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられている光送受信モジュールである。
【００５６】
また、請求項３１記載の発明は、請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子、または、請求項２８記載の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられている光通信システムである。
【００５７】
また、請求項３２記載の発明は、基板と活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられる半導体発光素子の製造方法であって、前記Ａｌを含む半導体層を成長した後であって、窒素を含む活性層の成長を開始する前に、エッチングガスとして臭素を含んだガスを成長室内に供給し、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けたことを特徴としている。
【００５８】
また、請求項３３記載の発明は、基板と活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられる半導体発光素子の製造方法であって、前記Ａｌを含む半導体層を成長した後であって、窒素を含む活性層の成長を開始する前に成長を一度中断し、再成長する前にエッチングガスとして臭素を含んだガスを成長室内に供給し、被成長基板の表面の一部を除去する工程を設けたことを特徴としている。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００６０】
前述したように、１台のＭＯＣＶＤ装置を用いて、ＡｌＧａＡｓ等のＡｌを構成元素として含む半導体層上に、ＧａＩｎＮＡｓ等の窒素を含む活性層を連続的に形成すると、活性層の発光強度が劣化してしまうという問題が生じ、このため、ＡｌＧａＡｓクラッド層上に形成したＧａＩｎＮＡｓ系レーザの閾電流密度は、ＧａＩｎＰクラッド層上に形成した場合に比べて数倍高くなってしまう。
【００６１】
特に、例えば面発光レーザアレイを作製するために、半導体基板上にｐ型半導体層を形成した後に窒素を含む活性層を形成する構造とし、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する場合には、窒素を含む活性層とＡｌＡｓ系材料からなる被選択酸化層とが接近した構造となり、上記の結果は極めて問題である（すなわち、活性層の発光強度が劣化してしまうという問題が生じる）。
【００６２】
そこで、本願の発明者は、この問題の原因解明について検討した。
【００６３】
図５は、図４に示した半導体発光素子の一例として、クラッド層２０２をＡｌＧａＡｓとし、中間層２０３をＧａＡｓとし、活性層２０４をＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量子井戸構造として構成した素子を１台のエピタキシャル成長装置（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成したときの、窒素（Ｎ）濃度と酸素（Ｏ）濃度の深さ方向分布を示す図である。なお、この測定はＳＩＭＳによって行った。次表（表１）に測定条件を示す。
【００６４】
【表１】
2004072070.tif 000003
【００６５】
図５において、ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量子井戸構造に対応して、活性層２０４中に２つの窒素ピークが見られる。そして、活性層２０４において、酸素のピークが検出されている。しかし、ＮとＡｌを含まない中間層２０３における酸素濃度は、活性層２０４の酸素濃度よりも約１桁低い濃度となっている。
【００６６】
一方、クラッド層２０２をＧａＩｎＰとし、中間層２０３をＧａＡｓとし、活性層２０４をＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量子井戸構造として構成した半導体発光素子について、酸素濃度の深さ方向分布を測定した場合には、活性層２０４中の酸素濃度はバックグラウンドレベルであった。
【００６７】
すなわち、窒素化合物原料と有機金属Ａｌ原料を用いて、１台のエピタキシャル成長装置により、基板（２０１）と窒素を含む活性層（２０４）との間にＡｌを含む半導体層（２０２）を設けた半導体発光素子を連続的に結晶成長すると、窒素を含む活性層（２０４）中に酸素が取りこまれることが本願の発明者の実験により明らかとなった。活性層（２０４）に取りこまれた酸素は非発光再結合準位を形成するため、活性層（２０４）の発光効率を低下させてしまう。この活性層（２０４）に取りこまれた酸素が、基板（２０１）と窒素を含む活性層（２０４）との間にＡｌを含む半導体層（２０２）を設けた半導体発光素子における発光効率を低下させる原因であることが新たに判明した。この酸素の起源は、装置内に残留している酸素を含んだ物質、または、窒素化合物原料中に不純物として含まれる酸素を含んだ物質と考えられる。
【００６８】
次に、酸素の取りこまれる原因について検討した。図６は、図５と同じ試料のＡｌ濃度の深さ方向分布を示す図である。なお、測定はＳＩＭＳによって行った。また、次表（表２）に測定条件を示す。
【００６９】
【表２】
2004072070.tif 000004
【００７０】
図６から、本来Ａｌ原料を導入していない活性層２０４において、Ａｌが検出されている。しかし、Ａｌを含む半導体層（クラッド層）２０２，２０５に隣接した中間層（ＧａＡｓ層）２０３においては、Ａｌ濃度は活性層２０４よりも約１桁低い濃度となっている。これは、活性層２０４中のＡｌがＡｌを含む半導体層（クラッド層）２０２，２０５から拡散，置換して混入したものではないことを示している。
【００７１】
一方、ＧａＩｎＰのようにＡｌを含まない半導体層上に窒素を含む活性層を成長した場合には、活性層中にＡｌは検出されなかった。
【００７２】
従って、図６において活性層２０４中に検出されたＡｌは、成長室内またはガス供給ラインに残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つが、窒素化合物原料または窒素化合物原料中の不純物（水分等）と結合して活性層２０４中に取りこまれたものである。すなわち、窒素化合物原料と有機金属Ａｌ原料を用いて、１台のエピタキシャル成長装置により、基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層を設けた半導体発光素子を連続的に結晶成長すると、窒素を含む活性層中に自然にＡｌが取りこまてしまうことが本願の発明者により新たにわかった。
【００７３】
図５に示した同じ素子における、窒素と酸素濃度の深さ方向分布と比較すると、２重量子井戸活性層２０４中の２つの酸素ピークプロファイルは、窒素濃度のピークプロファイルと対応しておらず、図６のＡｌ濃度プロファイルと対応している。このことから、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層中の酸素不純物は、窒素原料と共に取りこまれるというよりも、むしろ井戸層中に取りこまれたＡｌと結合して一緒に取りこまれていることが明らかとなった。すなわち、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つが窒素化合物原料と接触すると、Ａｌと窒素化合物原料中に含まれる水分またはガスラインや反応室中に残留する水分などの酸素を含んだ物質とが結合して、活性層２０４中にＡｌと酸素が取りこまれる。この活性層２０４に取り込まれた酸素が活性層２０４の発光効率を低下させることが本願の発明者の実験により初めて明らかとなった。
【００７４】
通常のＭＢＥ法で作製した場合には、基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層を設けた半導体発光素子における発光効率低下については報告されていない。
【００７５】
これは、ＭＢＥ法は超減圧（高真空中）で結晶成長が行われるのに対して、ＭＯＣＶＤ法は通常数１０Ｔｏｒｒから大気圧程度と、ＭＢＥ法に比べて反応室の圧力が高いため、平均自由行程が圧倒的に短く、供給された原料やキャリアガス等が反応室等でＡｌ系残留物と接触，反応するためと考えられる。
【００７６】
よって、ＭＯＣＶＤ法のように、反応室やガスラインの圧力が高い成長方法の場合、これを改善するためには、少なくとも装置内に残留したＡｌが窒素を含む活性層成長時に酸素とともに膜中に取りこまれないように、Ａｌ系残留物を除去する工程を設けることが必要であることがわかった。
【００７７】
本発明は、ｐ型半導体層を形成した後に窒素を含む活性層を形成する構造とし、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子を作製するときに、装置内に残留したＡｌが窒素を含む活性層成長時に酸素とともに膜中に取りこまれないようにすることを意図している。
【００７８】
第１の実施形態
このため、本発明の第１の実施形態の半導体発光素子の製造方法は、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子の製造方法であって、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けることを特徴としている。
【００７９】
上述したように、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子の製造方法では、Ａｌ系残留物が非発光再結合の原因となる酸素を活性層（窒素を含んだ活性層）に取りこむ原因となっているので、この第１の実施形態のように、Ａｌを含んだ層を形成後、窒素を含んだ活性層の成長の前までに、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物を除去する工程を設けることで、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。
【００８０】
本発明の第１の実施形態の手法によって、窒素を含む活性層中のＡｌ濃度を１×１０１９ｃｍ−３以下に低減することが可能となり、これにより、半導体発光素子の室温連続発振が可能となる。さらに、窒素を含む活性層中のＡｌ濃度を２×１０１８ｃｍ−３以下に低減するときには、Ａｌを含まない半導体層上に形成した場合と同等の発光特性が得られる。
【００８１】
次表（表３）は、ＡｌＧａＡｓをクラッド層（Ａｌを含む層）とし、ＧａＩｎＮＡｓ２重量子井戸構造（窒素を含む層）を活性層としたブロードストライプレーザを試作して閾電流密度を評価した結果を示している。
【００８２】
【表３】
2004072070.tif 000005
【００８３】
表３から、Ａｌを構成元素として含む半導体層に、窒素を含む活性層を連続的に形成する構造においては、活性層中に２×１０１９ｃｍ−３以上のＡｌが含まれると、１×１０１８ｃｍ−３以上の酸素が取りこまれ、閾電流密度は１０ｋＡ／ｃｍ２以上と著しく高い値となる。これに対し、活性層中のＡｌ濃度を１×１０１９ｃｍ−３以下に低減することにより、活性層中の酸素濃度が１×１０１８ｃｍ−３以下に低減され、閾電流密度２〜３ｋＡ／ｃｍ２でブロードストライプレーザが発振した。ブロードストライプレーザの閾電流密度が数ｋＡ／ｃｍ２以下の活性層品質であれば、室温連続発振が可能である。従って、窒素を含む活性層中のＡｌ濃度を２×１０１９ｃｍ−３以下に抑制することにより、室温連続発振可能な半導体レーザを作製することが可能となる。
【００８４】
このように、本発明では、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子の製造方法であって、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けるので、窒素を含んだ活性層の成長時に酸素が取り込まれるのを低減でき、Ａｌを含んだ半導体層の上部に窒素を含んだ活性層が形成される半導体発光素子においても、発光効率を低減させることなく半導体発光素子を結晶成長することができる。
【００８５】
なお、上述した本発明の第１の実施形態の半導体発光素子の製造方法において、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、成長を中断し、キャリアガスでガス供給ラインもしくは成長室をパージすることによって行なうことができる。
【００８６】
すなわち、上述したように、Ａｌ系残留物が非発光再結合の原因となる酸素を活性層（窒素を含んだ活性層）に取りこむ原因となっているので、Ａｌを含んだ半導体層を成長後、窒素を含んだ活性層成長の前までに、成長を中断して、キャリアガスを供給してパージすることで、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物を除去することができ、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。通常、ＭＯＣＶＤでは、キャリアガスとして水素（Ｈ２）ガスが用いられるが、窒素ガス（Ｎ２）などの不活性ガスを用いることもできる。また、成長中断しているので、この成長中断界面をＳＩＭＳ分析によれば酸素（Ｏ）が観察されるであろう。
【００８７】
また、上記成長中断中に、サセプターをベーキングすることもできる。
【００８８】
すなわち、サセプターを加熱することで、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物が蒸発，反応しやすくなるので、Ａｌ系残留物を除去する効果が高くなる。また、結晶成長はサセプターを加熱して行われるので、成長を中断して同様に加熱すれば良く、従って、成長中断中のサセプターのベーキングは容易にできる。なお、このとき、ベーキング温度は、結晶成長時の温度よりも高くするのが好ましい。また、被成長基板は、別室に移動しても良く、別室に移動せずにそのまま行っても良い。そのまま行う場合は、Ｖ族元素が成長途中の被成長基板から蒸発，脱離しないようにするために、Ｖ族原料を供給して行うのが望ましい。
【００８９】
また、上述した第１の実施形態の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去するのに、エッチングガスを成長室に供給することもできる。
【００９０】
すなわち、Ａｌを含んだ半導体層を成長後、窒素を含んだ活性層の成長の前までに、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応し除去することのできるガス（エッチングガス）を反応室に供給することで、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率の高い半導体発光素子を作製することができる。
【００９１】
なお、Ａｌ系残留物と反応し除去することのできるガス（エッチングガス）としては、有機系窒素化合物ガスを用いることができる。ここで、有機系窒素化合物ガスとしては、ＤＭＨｙガスが挙げられ、上述のように窒素を含んだ活性層の成長時に、有機系窒素化合物ガスの一つであるＤＭＨｙガスをＤＭＨｙシリンダーを用いて反応室に供給すると、Ａｌ系残留物と反応し、Ａｌ系残留物を除去することができる。
【００９２】
このように、Ａｌを含んだ半導体層を成長後、窒素を含んだ活性層成長の前までに、有機系窒素化合物ガスを供給すると、この有機系窒素化合物ガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応して、Ａｌ系残留物を除去することができ、これにより、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。更に、エッチングガスとして、窒素を含む活性層の窒素原料と同じガスを用いると、特別にガスラインを追加する必要がないので好ましい。
【００９３】
また、上記エッチングガスとして、酸素（Ｏ）を含むガスを用いることもできる。すなわち、Ａｌ系残留物と反応し除去することのできるガス（エッチングガス）として、Ｏ２，Ｈ２Ｏ等の酸素を含んだガスを用いることもできる。
【００９４】
上述したように、窒素を含んだ活性層の成長時にＡｌとともに酸素が活性層に取りこまれることがわかっている。従って、Ｏ２，Ｈ２Ｏ等の酸素を含んだガスはＡｌ系残留物と反応することがわかる。これによって、Ａｌを含んだ半導体層の成長後、窒素を含んだ活性層の成長の前までに、Ｏ２，Ｈ２Ｏ等の酸素を含んだガスを供給すると、このガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応して、Ａｌ系残留物を除去することができ、これにより、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。図６のＳＩＭＳプロファイルを見るとわかるように、窒素を含んだ活性層の１層目に多くのＡｌが取りこまれていて、２層目にはほとんど取り込まれないことから、ごくわずかの酸素を含んだガスを供給するだけでＡｌ系残留物を除去することができる。もちろん、過剰に供給した酸素を含んだガスは、活性層の成長前に除去する必要があるので、あまり過剰にならない適量を供給することが望ましい（逆に酸素を含んだガスの除外が困難になるからである）。
【００９５】
また、上記エッチングガスとして、塩素（Ｃｌ）を含むガスを用いることもできる。例えばＨＣｌのような塩素系化合物ガスは、成長室内の反応生成堆積物と反応して、エッチング除去する効果がある。従って、Ａｌを含んだ半導体層の成長後、窒素を含んだ活性層の成長の前までに、塩素系化合物ガスを供給すると、この塩素系化合物ガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応して、Ａｌ系残留物を除去することができ、これによって、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。なお、ＨＣｌガスはガスシリンダーに充填して使用することができる。この場合、塩素系ガスによる装置内部の金属部分の腐食を防止するため、酸素，水分等が少ない高純度のものが好ましい。
【００９６】
第２の実施形態
本発明の第２の実施形態の半導体発光素子の製造方法は、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成し、また、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも一層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層を形成する半導体発光素子の製造方法であって、被選択酸化層の成長後、前記ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けることを特徴としている。
【００９７】
この第２の実施形態では、キャリアの注入されない活性領域外で成長中断してＡｌ系残留物を除去することで、残留Ａｌに起因する非発光再結合や、Ａｌ系残留物除去工程に起因する非発光再結合により、発光効率が低下することを抑制できる。
【００９８】
なお、上述した本発明の第２の実施形態の半導体発光素子の製造方法において、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、成長を中断し、キャリアガスで、ガス供給ラインもしくは成長室をパージすることによって行なうことができる。
【００９９】
すなわち、前述したように、Ａｌ系残留物が非発光再結合の原因となる酸素を活性層（窒素を含んだ活性層）に取りこむ原因となっているので、Ａｌを含んだ半導体層を成長後、窒素を含んだ活性層成長の前までに、成長を中断して、キャリアガスを供給してパージすることで、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物を除去することができ、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。通常、ＭＯＣＶＤでは、キャリアガスとして水素（Ｈ２）ガスが用いられるが、窒素ガス（Ｎ２）などの不活性ガスを用いることもできる。また、成長中断しているので、この成長中断界面をＳＩＭＳ分析によれば酸素（Ｏ）が観察されるであろう。
【０１００】
また、上記成長中断中に、サセプターをベーキングすることもできる。
【０１０１】
すなわち、サセプターを加熱することで、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物が蒸発，反応しやすくなるので、Ａｌ系残留物を除去する効果が高くなる。また、結晶成長はサセプターを加熱して行われるので、成長を中断して同様に加熱すれば良く、従って、成長中断中のサセプターのベーキングは容易にできる。なお、このとき、ベーキング温度は、結晶成長時の温度よりも高くするのが好ましい。また、被成長基板は、別室に移動しても良く、別室に移動せずにそのまま行っても良い。そのまま行う場合は、Ｖ族元素が成長途中の被成長基板から蒸発，脱離しないようにするために、Ｖ族原料を供給して行うのが望ましい。
【０１０２】
また、上述した第２の実施形態の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去するのに、エッチングガスを成長室に供給することもできる。
【０１０３】
すなわち、Ａｌを含んだ半導体層を成長後、窒素を含んだ活性層の成長の前までに、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応し除去することのできるガス（エッチングガス）を反応室に供給することで、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率の高い半導体発光素子を作製することができる。
【０１０４】
なお、Ａｌ系残留物と反応し除去することのできるガス（エッチングガス）としては、有機系窒素化合物ガスを用いることができる。ここで、有機系窒素化合物ガスとしては、ＤＭＨｙガスが挙げられ、上述のように窒素を含んだ活性層の成長時に、有機系窒素化合物ガスの一つであるＤＭＨｙガスをＤＭＨｙシリンダーを用いて反応室に供給すると、Ａｌ系残留物と反応し、Ａｌ系残留物を除去することができる。
【０１０５】
このように、Ａｌを含んだ半導体層を成長後、窒素を含んだ活性層成長の前までに、有機系窒素化合物ガスを供給すると、この有機系窒素化合物ガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応して、Ａｌ系残留物を除去することができ、これにより、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。更に、エッチングガスとして、窒素を含む活性層の窒素原料と同じガスを用いると、特別にガスラインを追加する必要がないので好ましい。
【０１０６】
また、上記エッチングガスとして、酸素（Ｏ）を含むガスを用いることもできる。すなわち、Ａｌ系残留物と反応し除去することのできるガス（エッチングガス）として、Ｏ２，Ｈ２Ｏ等の酸素を含んだガスを用いることもできる。
【０１０７】
上述したように、窒素を含んだ活性層の成長時にＡｌとともに酸素が活性層に取りこまれることがわかっている。従って、Ｏ２，Ｈ２Ｏ等の酸素を含んだガスはＡｌ系残留物と反応することがわかる。これによって、Ａｌを含んだ半導体層の成長後、窒素を含んだ活性層の成長の前までに、Ｏ２，Ｈ２Ｏ等の酸素を含んだガスを供給すると、このガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応して、Ａｌ系残留物を除去することができ、これにより、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。図６のＳＩＭＳプロファイルを見るとわかるように、窒素を含んだ活性層の１層目に多くのＡｌが取りこまれていて、２層目にはほとんど取り込まれないことから、ごくわずかの酸素を含んだガスを供給するだけでＡｌ系残留物を除去することができる。もちろん、過剰に供給した酸素を含んだガスは、活性層の成長前に除去する必要があるので、あまり過剰にならない適量を供給することが望ましい（逆に酸素を含んだガスの除外が困難になるからである）。
【０１０８】
また、上記エッチングガスとして、塩素（Ｃｌ）を含むガスを用いることもできる。例えばＨＣｌのような塩素系化合物ガスは、成長室内の反応生成堆積物と反応して、エッチング除去する効果がある。従って、Ａｌを含んだ半導体層の成長後、窒素を含んだ活性層の成長の前までに、塩素系化合物ガスを供給すると、この塩素系化合物ガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応して、Ａｌ系残留物を除去することができ、これによって、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。なお、ＨＣｌガスはガスシリンダーに充填して使用することができる。この場合、塩素系ガスによる装置内部の金属部分の腐食を防止するため、酸素，水分等が少ない高純度のものが好ましい。
【０１０９】
第３の実施形態
また、本発明の第３の実施形態の半導体発光素子は、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中に配置されたＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層の一部が選択的に酸化されて電流狭窄構造が形成されている半導体発光素子であって、前記被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも一層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層が形成されていることを特徴としている。
【０１１０】
前述したように、結晶成長途中で、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物を除去する工程を設けると、被成長基板の表面が酸化やその他のダメージを受け、被成長基板の表面に欠陥が発生する恐れがある。もし、欠陥が発生する場所（領域）がキャリアの注入される活性領域であれば、上記欠陥が非発光再結合中心となり発光素子の動作時に発光効率が低下してしまう恐れがある。
【０１１１】
これに対し、Ａｌ系残留物除去時の表面材料のバンドギャップエネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有するＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層を、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に成長すると、Ａｌ系残留物除去時の表面への注入キャリアはほとんど無くなるので、欠陥が非発光再結合中心となり発光素子の動作時に発光効率が低下してしまうという事態が生じるのを防止できる。もちろん、ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層は、Ｂ，Ｔｌ，Ｓｂ等の他のＩＩＩ−Ｖ族材料を含んでいても良い。
【０１１２】
なお、このような半導体発光素子の結晶成長を行ないながら、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを有機系窒素化合物ガスで除去する工程を行うことができる。例えば、上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間でＡｌを含まない層を成長する時に、エッチングガスであるＤＭＨｙ等の有機系窒素化合物ガスを供給すると、Ａｌと酸素を取りこむ形で窒素を含む半導体層が成長される。これにより、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去できるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。この場合、窒素を含む半導体層は、活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップとなるように条件を設定する必要がある。例えばＤＭＨｙ気相比：［ＤＭＨｙ］／（［ＤＭＨｙ］＋［ＡｓＨ３］）を小さくし、また、成長温度を高くし、また、Ｉｎ組成を大きくすることにより、窒素の取り込まれは低減する。この窒素を含む半導体層をＳＩＭＳ分析すれば、窒素のほかに酸素（Ｏ）またはＡｌが観察されるであろう。
【０１１３】
第４の実施形態
また、本発明の第４の実施形態の半導体発光素子は、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中に配置されたＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層の一部が選択的に酸化されて電流狭窄構造が形成されている半導体発光素子において、前記被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層が形成されていることを特徴としている。
【０１１４】
なお、このような半導体発光素子の結晶成長を行ないながら、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを有機系窒素化合物ガスで除去する工程を行うことができる。例えば、上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間でＡｌを含まない層を成長する時に、エッチングガスであるＤＭＨｙ等の有機系窒素化合物ガスを供給すると、Ａｌと酸素を取りこむ形で窒素を含む半導体層が成長される。これにより、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去できるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。この場合、窒素を含む半導体層は、活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップとなるように条件を設定する必要がある。例えばＤＭＨｙ気相比：［ＤＭＨｙ］／（［ＤＭＨｙ］＋［ＡｓＨ３］）を小さくし、また、成長温度を高くし、また、Ｉｎ組成を大きくすることにより、窒素の取り込まれは低減する。この窒素を含む半導体層をＳＩＭＳ分析すれば、窒素のほかに酸素（Ｏ）またはＡｌが観察されるであろう。
【０１１５】
上記第４の実施形態の半導体発光素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層として、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＩｎＮＰ，ＧａＮＰＡｓ，ＧａＩｎＮＰＡｓなどを用いることができる。もちろん、Ｓｂ，Ｂ，Ｔｌ等の他のＩＩＩ−Ｖ族材料を含んでいてもかまわない。
【０１１６】
また、上記第４の実施形態の半導体発光素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層と窒素を含む活性層との間に、その両者よりもバンドギャップエネルギーが大きいＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰのいずれか一つからなる層が形成されていても良い。
【０１１７】
すなわち、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層中には酸素が取りこまれてしまうので、もしこの層がキャリアの注入される活性領域内にあれば、非発光再結合中心となり発光素子動作時発光効率を低下させてしまう恐れがある。これに対し、Ａｌ系残留物除去時の表面材料のバンドギャップエネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有するＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰ，ＧａＰＡｓのいずれか一つからなる層を窒素を含む活性層との間に成長すると、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層への注入キャリアはほとんど無くなるので、上記の原因によって発光効率が低下してしまうことは無くなる。
【０１１８】
第５の実施形態
本発明の第５の実施形態の面発光型半導体レーザ素子の製造方法は、窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子の製造方法であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも１層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層を形成し、前記被選択酸化層の成長後、前記ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けることを特徴としている。
【０１１９】
面発光型半導体レーザ素子の活性層への酸素の取りこまれを抑制する具体的方法の一つとしては、被選択酸化層の成長後、ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に成長中断して、ガス供給ラインもしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を行うことである。これにより、窒素を含む活性層への酸素の取りこまれが抑制され、かつ成長中断して形成された欠陥による非発光再結合の影響が避けられるので、低抵抗で駆動電圧が低く、しかも発光効率が高く低しきい値電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を容易に低コストで実現できる。なお、成長中断しているので、この成長中断界面をＳＩＭＳ分析すれば、酸素（Ｏ）が観察されるであろう。
【０１２０】
また、上記成長中断中に、サセプターをベーキングするようにすることができる。
【０１２１】
すなわち、サセプターを加熱することで、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物が蒸発，反応しやすくなるので、除去する効果が高くなる。また、結晶成長はサセプターを加熱して行われるので、成長中断して同様に加熱すれば良く、従って、成長中断中のサセプターのベーキングは容易にできる。なお、このとき、ベーキング温度は、結晶成長時の温度よりも高くするのが好ましい。また、被成長基板は、別室に移動しても良く、別室に移動せずにそのまま行っても良い。そのまま行う場合は、Ｖ族元素が成長途中の被成長基板から蒸発，脱離しないようにするために、Ｖ族原料を供給して行うのが望ましい。
【０１２２】
第６の実施形態
また、本発明の第６の実施形態の面発光型半導体レーザ素子は、窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも１層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層が形成されていることを特徴としている。
【０１２３】
ここで、窒素を含む活性層には、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＩｎＮＡｓ，ＧａＡｓＮＳｂ，ＧａＩｎＮＡｓＳｂ，ＧａＮＰＡｓ　，ＧａＩｎＮＰＡｓ　，ＩｎＮＰＡｓ　，ＧａＡｓＮＰＳｂ　，ＧａＩｎＮＰＡｓＳｂ等を用いることができる。例えばＧａＩｎＮＡｓを用いる場合について以下に説明する。ＧａＩｎＮＡｓは、ＧａＡｓよりも格子定数が大きいＧａＩｎＡｓにＮを添加することで、ＧａＡｓに格子整合させることが可能になるとともに、そのバンドギャップが小さくなり、１．３μｍ，１．５５μｍ帯での発光が可能となる。また、ＧａＡｓ基板格子整合系なので、ワイドギャップのＡｌＧａＡｓやＧａＩｎＰをクラッド層に用いることができる。
【０１２４】
さらに、Ｎの添加により上記のようにバンドギャップが小さくなるとともに、伝導帯，価電子帯のエネルギーレベルがともに下がり、ヘテロ接合における伝導帯のバンド不連続が極めて大きくなる結果、レーザの動作電流の温度依存性を極めて小さくできる。
【０１２５】
さらに、面発光型半導体レーザ素子は、小型化、低消費電力化及び２次元集積化による並列伝送を行なうのに有利である。面発光型半導体レーザ素子は、従来のＧａＩｎＰＡｓ／ＩｎＰ系では実用化に耐え得る性能を得るのは困難であるが、ＧａＩｎＮＡｓ系材料によるとＧａＡｓ基板を用いた０．８５μｍ帯面発光型半導体レーザ素子などで実績のあるＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ系半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡や、ＡｌＡｓの選択酸化による電流狭さく構造が適用できるので、実用化が期待できる。
【０１２６】
これを実現するためには、ＧａＩｎＮＡｓ活性層の結晶品質の向上や、多層膜反射鏡の低抵抗化、面発光型半導体レーザ素子としての多層膜構造体の結晶品質や制御性の向上が重要であったが、ＡｌＡｓを主成分とした被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも一層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層を形成することで、本発明の製造方法を容易に適用でき、窒素を含む活性層への酸素の取りこまれが抑制され、低抵抗で駆動電圧が低く、しかも発光効率が高く低しきい値電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を容易に低コストで実現できる。更に、この面発光型半導体レーザ素子の構成によれば、ｐ型基板を用いることが可能である。
【０１２７】
第７の実施形態
また、本発明の第７の実施形態の面発光型半導体レーザ素子は、窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層が形成されていることを特徴としている。
【０１２８】
例えば、上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間でＡｌを含まない層を成長する時に、エッチングガスであるＤＭＨｙ等の有機系窒素化合物ガスを供給すると、Ａｌと酸素を取りこむ形で窒素を含む半導体層が成長される。これにより、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去できるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。この場合、窒素を含む半導体層は、活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップとなるように条件を設定する必要がある。例えばＤＭＨｙ気相比：［ＤＭＨｙ］／（［ＤＭＨｙ］＋［ＡｓＨ３］）を小さくし、また、成長温度を高くし、また、Ｉｎ組成を大きくすることにより、窒素の取り込まれは低減する。この窒素を含む半導体層をＳＩＭＳ分析すれば、窒素のほかに酸素（Ｏ）またはＡｌが観察されるであろう。
【０１２９】
これにより、窒素を含む活性層への酸素の取りこまれが抑制され、かつ成長中断して形成された欠陥による非発光再結合の影響が避けられるので、低抵抗で駆動電圧が低く、しかも発光効率が高く低しきい値電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を容易に低コストで実現できる。更に、この面発光型半導体レーザ素子の構成によれば、ｐ型基板を用いることが可能となる。
【０１３０】
上記第７の実施形態の面発光型半導体レーザ素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層として、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＩｎＮＰ，ＧａＮＰＡｓ、ＧａＩｎＮＰＡｓなどを用いることができる。もちろん、Ｓｂ，Ｂ，Ｔｌ等の他のＩＩＩ−Ｖ族材料を含んでいてもかまわない。
【０１３１】
また、上記第７の実施形態の面発光型半導体レーザ素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層と窒素を含む活性層との間に、その両者よりもバンドギャップエネルギーが大きいＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰのいずれか１つからなる層が形成されていても良い。
【０１３２】
すなわち、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層中には酸素が取りこまれてしまうので、もしこの層がキャリアの注入される活性領域内にあれば、非発光再結合中心となり発光素子動作時発光効率を低下させてしまう恐れがある。これに対し、Ａｌ系残留物除去時の表面材料のバンドギャップエネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有するＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰ，ＧａＰＡｓのいずれか１つからなる層を窒素を含む活性層との間に成長すると、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層への注入キャリアはほとんど無くなるので、上記の原因によって発光効率が低下してしまうことは無くなる。
【０１３３】
第８の実施形態
本発明の第８の実施形態の面発光型半導体レーザアレイは、第６または第７の実施形態の面発光型半導体レーザ素子が複数個配列されて構成されていることを特徴としている。
【０１３４】
第６または第７の実施形態の面発光型半導体レーザ素子によれば、ｐ側を共通電極とすることができ、アノードコモンとすることができるので、高速動作が可能なバイポーラトランジスタ駆動回路を用いることができて、複数の素子をアレイにすることで、同時により多くのデータを伝送することが可能となる。
【０１３５】
第９の実施形態
本発明の第９の実施形態の光送信モジュールは、第６または第７の実施形態の面発光型半導体レーザ素子、または、第８の実施形態の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。
【０１３６】
上述したような低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い第６または第７の実施形態の面発光型半導体レーザ素子、または、第８の実施形態の面発光型半導体レーザアレイを用いることによって、冷却素子が不要な低コストな光送信モジュールを実現することができる。
【０１３７】
第１０の実施形態
本発明の第１０の実施形態の光送受信モジュールは、第６または第７の実施形態のいずれかの面発光型半導体レーザ素子、または、第８の実施形態の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。
【０１３８】
上述したような低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い第６または第７の実施形態の面発光型半導体レーザ素子、または、第８の実施形態の面発光型半導体レーザアレイを用いることによって、冷却素子が不要な低コストな光送受信モジュールを実現することができる。
【０１３９】
第１１の実施形態
本発明の第１１の実施形態の光通信システムは、第６または第７の実施形態の面発光型半導体レーザ素子、または、第８の実施形態の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられていることを特徴としている。
【０１４０】
上述したような低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い第６または第７の実施形態の面発光型半導体レーザ素子、または、第８の実施形態の面発光型半導体レーザアレイを用いることによって、冷却素子が不要な低コストの光ファイバー通信システム，光インターコネクションシステムなどの光通信システムを実現することができる。
【０１４１】
第１２の実施形態
本発明の第１２の実施形態の半導体発光素子の製造方法は、基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられる半導体発光素子の製造方法において、Ａｌを含む半導体層を成長した後であって、窒素を含む活性層の成長を開始する前に、エッチングガスとしてＣＢｒ４等の臭素を含んだガスを成長室（反応室）内に供給し、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けたことを特徴としている。
【０１４２】
前述したように、Ａｌ系残留物は、非発光再結合の原因となる酸素を、窒素を含む活性層に取りこむ原因となっているので、Ａｌを含んだ半導体層を成長した後、窒素を含む活性層の成長の前までに、反応室（成長室）側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応してＡｌ系残留物を除去することのできるガスを成長室に供給することで、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。ＣＢｒ４のような臭素を含んだガスは、成長室内の反応生成堆積物と反応し、エッチング除去する効果がある。よって、Ａｌを含んだ半導体層を成長した後、窒素を含む活性層の成長の前までに、エッチングガスとして臭素を含んだガスを供給すると、このエッチングガスは反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応してＡｌ系残留物を除去することができるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができる。
【０１４３】
また、臭素を含んだガスは、ＧａＡｓなどの半導体層をエッチングする効果がある。成長を一度中断して、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する場合、エピ基板表面は酸化膜等が形成される可能性がある。従って、成長を一度中断した後、再成長する前に、エッチングガスとして臭素を含んだガスを成長室内に供給し、被成長基板の表面の一部を除去する工程を設けると、酸化膜等を除去できるので、再成長界面での非発光再結合などの素子特性への悪影響を抑えられる。すなわち、基板と活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられる半導体発光素子の製造方法であって、前記Ａｌを含む半導体層を成長した後であって、窒素を含む活性層の成長を開始する前に成長を一度中断し、再成長する前にエッチングガスとして臭素を含んだガスを成長室内に供給し、被成長基板の表面の一部を除去する工程を設けるのが良い。なお、形成する素子が面発光型半導体レーザの場合、厚さの制御が重要なので、エッチング深さを予想してあらかじめエッチングする分を厚く成長しておくか、再成長時にエッチングする分を厚く成長する必要がある。また、臭素を含んだガスとして、ＣＢｒ４以外にも、ＣＨ３Ｂｒ等のガスを用いることができる。また、ＨＣｌ等の塩素を含んだガスを用いてもＧａＡｓなどの半導体層をエッチングできるので、同様な効果を得ることができる。
【０１４４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
【０１４５】
（第１の実施例）
図７（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を示す図である。なお、図７（ｂ）は、図７（ａ）の部分拡大図である。
【０１４６】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、この第１の実施例の面発光型半導体レーザ素子では、２インチの大きさの面方位（１００）のｐ−ＧａＡｓ基板上に、それぞれの媒質内における発振波長λの１／４倍の厚さでｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−ＧａＡｓとを交互に３５周期積層した周期構造からなるｐ−半導体分布ブラッグ反射鏡（下部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に下部反射鏡ともいう）が形成されている。なお、この下部反射鏡の最上部の低屈折率層は、被選択酸化層となるＡｌＡｓをＡｌＧａＡｓ及びＧａＩｎＰで挟んだ３λ／４の厚さの低屈折率層からなっている。ここで、ＡｌＡｓは、厚さを３０ｎｍとして、下から２λ／４の位置に来るようにしている。また、ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層とｐ−ＧａＩｎＰの間には、４０ｎｍの厚さのＧａＡｓ層が挿入されている。
【０１４７】
そして、この第１の実施例の面発光型半導体レーザ素子では、下部反射鏡上に、アンドープ下部ＧａＡｓスペーサ層，３層のＧａｘＩｎ１−ｘＮｙＡｓ１−ｙ（ｘ、ｙ）井戸層とＧａＡｓバリア層からなる多重量子井戸活性層，アンドープ上部ＧａＡｓスペーサ層が形成されている。
【０１４８】
そして、その上にｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（上部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に上部反射鏡ともいう）が形成されている。ここで、上部反射鏡は、Ｓｉドープのｎ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）とｎ−ＧａＡｓとをそれぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さで交互に積層した周期構造（例えば、２５周期）から構成されている。上部反射鏡と下部反射鏡とにより挟まれた共振器領域の厚さは、ＧａＡｓスペーサ層と多重量子井戸活性層とで、１波長分の厚さとした。
【０１４９】
また、上部反射鏡の最上部のｎ−ＧａＡｓ層は、ｎ側電極とコンタクトを取るｎ−ＧａＡｓコンタクト層を兼ねている。また、活性層内の井戸層のＩｎ組成ｘは３７％，窒素組成は０．５％とした。また、井戸層の厚さは７ｎｍとした。また、活性層は、ＧａＡｓ基板に対して約２．５％の圧縮歪（高歪）を有していた。
【０１５０】
次いで、所定の大きさのメサを少なくともｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層の側面を露出させて形成し、側面の現れたＡｌＡｓを水蒸気で側面から酸化してＡｌｘＯｙ電流狭さく部を形成した。そして、次に、ポリイミドでエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層上のポリイミドを除去し、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層上の光出射部以外にｎ側電極を形成し、また、基板の裏面にｐ側電極を形成した。
【０１５１】
このような面発光型半導体レーザ素子は、ＭＯＣＶＤ法によって形成することができ、この場合、ＭＯＣＶＤ法によるＧａＩｎＮＡｓ活性層の原料には、ＴＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＭＩ（トリメチルインジウム），ＡｓＨ３（アルシン）を用いることができ、また、窒素の原料にはＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用いることができる。また、キャリアガスにはＨ２を用いることができる。ここで、ＤＭＨｙは低温で分解するので、６００℃以下のような低温成長に適しており，特に低温成長の必要な歪みの大きい量子井戸層を成長する場合、好ましい原料である。また、この第１の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子の活性層のように歪が大きい場合は、非平衡となる低温成長が好ましい。この第１の実施例では、ＧａＩｎＮＡｓ層は５４０℃で成長させた。
【０１５２】
ところで、この第１の実施例では、活性層への酸素の取り込みを抑え発光効率を低下させないようにするため、下部反射鏡の最上部の低屈折率層中に設けたＧａＡｓ層（４０ｎｍの厚さ）の成長の途中で成長中断し、一度被成長基板を別室に移動させ、被成長基板を保持していたサセプターを成長室に戻してキャリアガスであるＨ２ガスを供給しながらサセプターを成長温度より高い温度で加熱させ、Ａｌ系残留物を除外した。このとき、サセプター以外の成長室内壁等の温度も上昇し、Ａｌ系残留物の除外が加速される。これにより、活性層への酸素の取り込みを抑えることができた。この工程は、Ａｌを含んだ半導体層の成長後、窒素を含んだ活性層の成長の前までに行えば良い。望ましくは、この第１の実施例のように、成長中断した界面（この第１の実施例では、ＧａＡｓ層）のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有しＡｌを含まない材料（この第１の実施例ではＧａＩｎＰ）を、窒素を含む活性層との間に形成すると良い。
【０１５３】
すなわち、結晶成長を中断して、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物を除去する工程を設けることで、被成長基板の表面が酸化やその他のダメージを受けて欠陥が発生する恐れがある。もしこの場所（領域）がキャリアの注入される活性領域であれば、発生した欠陥が非発光再結合中心となり発光素子動作時発光効率が低下してしまう。
【０１５４】
これに対し、この第１の実施例のように、Ａｌ系残留物除去時の表面材料のバンドギャップエネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有するＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層を、窒素を含む活性層との間に成長すると、素子動作時にＡｌ系残留物除去時の表面への注入キャリアがほとんど無くなるので、これが原因で発光効率が低下することは無くなり、高い発光効率での動作が可能となる。
【０１５５】
なお、この第１の実施例では、Ａｌ系残留物除去工程は、１台の結晶成長装置を用いて結晶成長するときに、結晶成長を中断して行っているが、Ａｌ系材料成長装置と窒素を含む活性層を成長する装置とを別々に用い組み合わせて結晶成長するときにも、結晶成長を中断してＡｌ系残留物除去工程を行なうことができる。すなわち、窒素を含む活性層を成長する時に、装置内のＡｌ系残留物が酸素とともに活性層に取りこまれないようにすれば良い。
【０１５６】
上述したように作製した面発光型半導体レーザ素子の発振波長は約１．３μｍであった。この第１の実施例では、ＧａＩｎＮＡｓを活性層に用いたので、ＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導体レーザ素子を形成できた。また、この第１の実施例では、装置内に残留したＡｌを含む化合物が、窒素を含む活性層の成長時に酸素とともに膜中に取りこまれないように、残留したＡｌを含む化合物を除外したので、活性層に酸素がＡｌとともに混入することを抑えることができた。これにより、発光効率が高く低しきい値で発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を量産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。
【０１５７】
また、ＡｌとＡｓを主成分とした被選択酸化層の選択酸化により電流狭さく層を形成したので、しきい値電流は低かった。被選択酸化層を選択酸化したＡｌ酸化膜からなる電流狭さく層を用いた電流狭さく構造によると、電流狭さく層を活性層に近づけて形成することで、電流の広がりを抑えられ、大気に触れない微小領域に効率良くキャリアを閉じ込めることができる。さらに、酸化してＡｌ酸化膜となることで、屈折率が小さくなり、凸レンズの効果でキャリアの閉じ込められた微小領域に効率良く光を閉じ込めることができ、極めて効率が良くなり、しきい値電流を低減することができる。また、容易に電流狭さく構造を形成できることから、製造コストを低減できる。
【０１５８】
なお、窒素と他のＶ族を含んだＧａＩｎＮＡｓ等の半導体層の成長法としては、ＭＢＥ法が主に用いられていたが、ＭＢＥ法は原理的に高真空中での成長なので、原料供給量を大きくできない。原料供給量を大きくすると、排気系に負担がかかるという欠点がある。また、ＭＢＥ法は、高真空排気系の排気ポンプを必要とするが、ＭＢＥチャンバー内の残留原料等を除去するなどのために、排気系に負担がかかり故障しやすいことから、スループットは悪い。
【０１５９】
また、面発光型半導体レーザ素子は、レーザ光を発生する少なくとも１層の活性層を含んだ活性領域を半導体多層膜反射鏡で挟んで構成されている。端面発光型レーザの結晶成長層の厚さが３μｍ程度であるのに対して、例えば１．３μｍ波長帯の面発光型半導体レーザ素子では１０μｍを超える厚さが必要になるが、ＭＢＥ法では高真空を必要とすることから、原料供給量を高くすることができず、成長速度は１μｍ／ｈ程度であり、１０μｍの厚さを成長するには、原料供給量を変えるための成長中断時間を設けないとしても最低１０時間かかる。
【０１６０】
ここで、活性領域の厚さは全体に比べて通常ごくわずかであり（１０％以下）、ほとんどが多層膜反射鏡を構成する層である。半導体多層膜反射鏡は、それぞれの媒質内における発振波長の１／４倍の厚さ（λ／４の厚さ）で低屈折率層と高屈折率層を交互に積層して（例えば２０〜４０ペア）形成されている。ＧａＡｓ基板上の面発光型半導体レーザ素子では、半導体多層膜反射鏡は、ＡｌＧａＡｓ系材料を用いＡｌ組成を変えて低屈折率層（Ａｌ組成大）と高屈折率層（Ａｌ組成小）としている。しかし実際には、特にｐ側は各層のヘテロ障壁により抵抗が大きくなるので、低屈折率層と高屈折率層の間に、Ａｌ組成が両者の間となる中間層を挿入して多層膜反射鏡の抵抗を低減している。
【０１６１】
このように、面発光型半導体レーザ素子は、１００層を超える組成の異なる半導体層を成長しなければならないことの他に、多層膜反射鏡の低屈折率層と高屈折率層の間にも中間層を設けるなど、瞬時に原料供給量を制御する必要がある素子である。しかし、ＭＢＥ法では、原料供給を原料セルの温度を変えて供給量を制御しており、臨機応変に組成をコントロールすることができない。よってＭＢＥ法により成長した半導体多層膜反射鏡では、その抵抗を低くするのは困難であり動作電圧が高くなってしまう。
【０１６２】
一方、ＭＯＣＶＤ法は、原料ガス流量を制御するだけでよく、瞬時に組成をコントロールできるとともに、ＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、また成長速度を例えば３μｍ／ｈ以上と高くでき、容易にスループットを上げられることから、極めて量産に適した成長方法である。
【０１６３】
このように第１の実施例によれば、ＭＯＣＶＤ法を用いて、低消費電力で低コストの１．３μｍ帯の面発光型半導体レーザ素子を実現できた。
【０１６４】
（第２の実施例）
図８（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を示す図である。なお、図８（ｂ）は、図８（ａ）の部分拡大図である。この第２の実施例が第１の実施例と違うところは、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を、多層膜反射鏡内ではなく、共振器内部で行っている点である。これによって、窒素を含む活性層への酸素の混入が抑制され、発光効率を高めることができた。
【０１６５】
ただし、この第２の実施例では、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を、多層膜反射鏡内ではなく、共振器内部で行なうことによって、被成長基板の表面が、酸化やその他のダメージを受けて、欠陥が発生する恐れがあり、この場所（領域）がキャリアの注入される活性領域であれば、発生した欠陥は非発光再結合中心となり、発光素子動作時発光効率が低下してしまう恐れがあるので、Ａｌ系残留物除去時の表面材料（この第２の実施例では、成長中断界面であるＧａＡｓ）のバンドギャップエネルギーよりも高いバンドギャップエネルギーを有するＧａＰＡｓ層を窒素を含む活性層との間に設けている。なお、この第２の実施例の活性層は２％を超える大きな圧縮歪を有しており、ＧａＰＡｓはＧａＡｓ基板に対して引張り歪を有していることから、ＧａＰＡｓは、歪の悪影響を和らげるという効果もある。このため、この第２の実施例では、活性層の上部にも、ＧａＰＡｓ層を設けている。
【０１６６】
上述の例では、ＧａＰＡｓ層を設けたが、ＧａＰＡｓ層のかわりに、ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層を設けることもできる。
【０１６７】
これにより、素子動作時にＡｌ系残留物除去時の表面への注入キャリアはほとんど無くなるので、発光効率が低下することは無くなり、高い発光効率で、低しきい値で発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を、量産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。
【０１６８】
（第３の実施例）
図９は本発明の第３の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を示す図である。
【０１６９】
この第３の実施例が第２の実施例と違うところは、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、ＧａＡｓ下部スペーサ層の成長途中で、ＤＭＨｙを供給してＧａＮＡｓ層を成長することによって行なわれる。このＧａＮＡｓ層は、ＧａＩｎＮＡｓ活性層よりバンドギャップエネルギーが大きい条件となっている。
【０１７０】
第３の実施例により作製した面発光型半導体レーザ素子の発振波長は約１．３μｍであった。また、第３の実施例では、ＧａＩｎＮＡｓを活性層に用いているので、ＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導体レーザ素子を形成できた。
【０１７１】
また、第３の実施例では、装置内に残留したＡｌを含む化合物が、窒素を含む活性層の成長時に酸素とともに活性層中に取りこまれないように、エッチングガスであるＤＭＨｙを供給してＧａＮＡｓ層を成長しているので、除去工程を行ったＧａＮＡｓ層に酸素とともにＡｌが取りこまれたが、反応室内に残留したＡｌを含んだ化合物は活性層の成長前に除外され、活性層に酸素がＡｌとともに混入することを抑えることができる。すなわち、この除去工程を行ったＧａＮＡｓ層は、活性層のダミー層といえる。これにより、第３の実施例では、発光効率が高く低しきい値で発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を量産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。
【０１７２】
（第４の実施例）
図１０は本発明の第４の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザアレイ（ＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザアレイチップ）を示す図である。
【０１７３】
この第４の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザアレイは、第１の実施例の面発光半導体レーザ素子が１０個、１次元に並んだものとなっている。なお、第４の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザアレイとしては、第１の実施例の面発光半導体レーザ素子を２次元に集積させたものでも良い。なお、この第４の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザアレイは、ｐ型ＧａＡｓ半導体基板上に形成されており、上面にｎ側個別電極が形成され、基板の裏面にｐ側共通電極が形成されている。
【０１７４】
この第４の実施例では、ｐ側共通電極となるような構成でしかも高性能化に向いている選択酸化構造を用いた長波長帯の面発光型半導体レーザアレイを、量産性に優れたＭＯＣＶＤ法で作製可能となった。
【０１７５】
なお、この第４の実施例では、ｐ型基板を用いたが、半絶縁性基板上に、ｐ側、活性層、ｎ側の順番で結晶成長を行なうこともでき、この場合も同様に、ｐ側共通電極の構造が形成可能である。なお、この場合、共通電極は裏面ではなく、ｎ側と同じ側に形成することになる。
【０１７６】
（第５の実施例）
図１１は本発明の第５の実施例の光送信モジュールを示す図であり、この第５の実施例の光送信モジュールは、第４の実施例の面発光型半導体レーザアレイチップと光ファイバーとを組み合わせたものとなっている。この第５の実施例の光送信モジュールでは、１．３μｍ帯ＧａＩｎＮＡｓの面発光型半導体レーザ素子からのレーザ光を石英系光ファイバーに入力させて、光伝送を行なうことができる。ここで、波長が光ファイバー通信に適した１．３μｍであり、シングルモードファイバーを使うことができた。
【０１７７】
また、この第５の実施例では、第４の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザアレイを用いており、ｐ側が共通となったので、高速動作が可能なバイポーラトランジスタ駆動回路を採用できた。これにより、高速な並列伝送が可能となり、従来よりも多くのデータを同時に伝送できるようになった。
【０１７８】
なお、この第５の実施例では、面発光型半導体レーザ素子と光ファイバーとを１対１に対応させたが、発振波長の異なる複数の面発光型半導体レーザ素子を１次元または２次元にアレイ状に配置して、波長多重送信することにより伝送速度を更に増大することが可能となる。
【０１７９】
さらに、本発明による面発光型半導体レーザ素子を光通信システムに用いると、低コストで信頼性が高い光送信モジュールを実現できる他、これを用いた低コスト，高信頼の光通信システムを実現できる。また、ＧａＩｎＮＡｓを用いた面発光型半導体レーザ素子は、温度特性が良いこと、及び低しきい値であることにより、発熱が少なく、高温まで冷却なしで使えるシステムを実現できる。
【０１８０】
（第６の実施例）
図１２は本発明の第６の実施例の光送受信モジュールを示す図であり、この第６の実施例の光送受信モジュールは、第５の実施例の面発光型半導体レーザ素子と受信用フォトダイオードと光ファイバーとを組み合わせたものとなっている。
【０１８１】
本発明による面発光型半導体レーザ素子を光通信システムに用いる場合、面発光型半導体レーザ素子は低コストであるので、図１２に示すように送信用の面発光型半導体レーザ素子（１．３μｍ帯ＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子）と受信用フォトダイオードと光ファイバーとを組み合わせた光送信モジュールを用いた、低コスト，高信頼性の光通信システムを実現できる。また、本発明に係るＧａＩｎＮＡｓを用いた面発光型半導体レーザ素子の場合，温度特性が良いこと、動作電圧が低いこと、及び、低しきい値であることにより、発熱が少なく、高温まで冷却なしで使えるより低コストのシステムを実現できる。
【０１８２】
さらに、１．３μｍ等の長波長帯で低損失となるフッ素添加ＰＯＦ（プラスチックファイバ）とＧａＩｎＮＡｓを活性層に用いた面発光型レーザとを組み合わせると、ファイバが低コストであること、ファイバの径が大きくてファイバとのカップリングが容易で実装コストを低減できることから、極めて低コストのモジュールを実現できる。
【０１８３】
本発明に係る面発光型半導体レーザ素子を用いた光通信システムとしては、光ファイバーを用いた長距離通信に用いることができるのみならず、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのコンピュータ等の機器間伝送、さらにはボード間のデータ伝送、ボード内のＬＳＩ間，ＬＳＩ内の素子間等の光インターコネクションとして短距離通信に用いることができる。
【０１８４】
近年ＬＳＩ等の処理性能は向上しているが、これらを接続する部分の伝送速度が今後ボトルネックとなる。システム内の信号接続を従来の電気接続から光インターコネクトに変えると（例えばコンピュータシステムのボード間，ボード内のＬＳＩ間，ＬＳＩ内の素子間等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続すると）、超高速コンピュータシステムが可能となる。
【０１８５】
また、複数のコンピュータシステム等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジュールを用いて接続した場合、超高速ネットワークシステムが構築できる。特に面発光型半導体レーザ素子は端面発光型レーザに比べて桁違いに低消費電力化でき２次元アレイ化が容易なので、並列伝送型の光通信システムに適している。
【０１８６】
以上に説明したように、窒素を含む半導体層（活性層）であるＧａＩｎＮＡｓ系材料によると、ＧａＡｓ基板を用いた０．８５μｍ帯面発光型半導体レーザ素子などで実績のあるＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ系半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡や、ＡｌＡｓの選択酸化による電流狭さく構造が適用でき、本発明による製造方法で面発光型半導体レーザ素子を製造することにより、ＧａＩｎＮＡｓ活性層の結晶品質の向上や、多層膜反射鏡の低抵抗化、面発光型半導体レーザ素子としての多層膜構造体の結晶品質や制御性の向上ができるので、実用レベルの高性能の１．３μｍ帯等の長波長帯面発光型半導体レーザ素子を実現でき、さらに、これらの素子を用いると、冷却素子が不要で低コストの光ファイバー通信システム，光インターコネクションシステムなどの光通信システムを実現することができる。
【０１８７】
（第７の実施例）
第７の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子の構成は、第２の実施例で説明した図８と同じである。第７の実施例は、第２の実施例と次の点で違っている。すなわち、第７の実施例では、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、ＧａＡｓ下部スペーサ層の成長途中で成長中断し、一度被成長基板を別室に移動させ、被成長基板を保持していたサセプターを成長室に戻して、サセプターを成長温度より高い温度で加熱させて、キャリアガスであるＨ２ガスとともにＣＢｒ４を成長室に供給することによって行っている。
【０１８８】
第７の実施例では、装置内に残留したＡｌ系残留物が、窒素を含む活性層の成長時に酸素とともに活性層中に取りこまれないように、エッチングガスであるＣＢｒ４を供給しているので、反応室内に残留したＡｌ系残留物は活性層の成長前に除外され、活性層中に酸素がＡｌとともに混入することを抑えることができる。これにより、第７の実施例では、発光効率が高く低しきい値で発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を量産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。なお、ＣＢｒ４以外にもＣＨ３Ｂｒ等のガスを用いることができる。
【０１８９】
また、本発明のように基板側がｐ型半導体となる構成であると、以下のような効果も得られる。すなわち、特開平１１−２７４０８３には、水素（Ｈ）のＧａＩｎＮＡｓ系活性層への混入が、発光特性を悪くするなどの問題の原因となることが示されている。一般的には、原子状水素によってアクセプターが不活性化される現象がＧａＡｓ，ＩｎＰ，ＡｌＧａＩｎＰなどで知られている。これはアニールによって活性化することができる。成長終了後の降温時にＡｓＨ３の水素が原子状水素として最表面のｐ層（例えばｐ−ＧａＡｓ）から拡散するものである。原子状水素がｐ型半導体中の正孔の存在により電子を失い陽子となり拡散速度が加速するという説が検討されている。そして、これは表面をｎ層（例えばｎ−ＧａＡｓ）とすることで阻止できることが知られている。特に、ＭＯＣＶＤ法でＧａＩｎＮＡｓ系材料を形成する場合、Ｈ２，ＡｓＨ３などの水素化物が原料，雰囲気ガスとなっていること、ＤＭＨｙのようなＮの原料など原料に炭素（Ｃ）を含むこと、低温成長が好ましいことなどから、膜中にＣが取り込まれｐ型になり易く、水素が混入されやすい。本実施例のように基板側がｐ型半導体となる構成であると、ｎ型半導体を表面に構成でき、表面からの水素の混入を抑制できるといった効果も得られる。
【０１９０】
更には、ＧａＩｎＮＡｓ系活性層にｎ型となるドーパント（例えばＳｉ，Ｇｅ，Ｓｅ，Ｓ，Ｔｅ）を添加しｎ型半導体とすることで、ＧａＩｎＮＡｓ系活性層の成長中においても原子状水素が進入することを阻止できる。
【０１９１】
（第８の実施例）
第８の実施例のＧａＩｎＮＡｓ　面発光型半導体レーザ素子の構成は、第２の実施例及び第７の実施例で説明した図８と同じである。第８の実施例が第２の実施例と違うところは、ＧａＡｓ下部スペーサ層の成長途中で成長中断し、一度被成長基板を別室に移動させて成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を行なった後、被成長基板を成長室に戻して、サセプターの温度を所定のエッチング温度に加熱し、キャリアガスであるＨ２ガスとともにＣＢｒ４を成長室に供給して、被成長基板の表面をエッチング除去し、その後に残りの結晶成長（再成長）を行ったことである。
【０１９２】
Ａｌ系残留物の除去を成長中断して行なう場合には、被成長基板の表面が酸化やその他のダメージを受けて欠陥が発生する恐れがある。本実施例では、再成長界面と窒素を含む活性層との間に再成長界面を形成する半導体層（本実施例ではＧａＡｓスペーサ層）よりもバンドギャップの大きいＧａＰＡｓ層を設けた他に、再成長前に被成長基板の表面をエッチング除去しているので（ＧａＡｓなどの化合物半導体をエッチングする効果のある臭素を含むガスを供給して、被成長基板の表面であるＧａＡｓスペーサ層の一部をエッチング除去しているので）、再成長界面での非発光再結合などの素子特性への悪影響をより確実に抑えることができた。なお、面発光レーザでは厚さの制御が重要なので、エッチング深さを予想してあらかじめエッチングする分を厚く成長しておいた。これの他にも再成長時にエッチングする分を厚く成長することでも対応できる。また、臭素を含むガスとして、ＣＢｒ４以外にも、ＣＨ３Ｂｒ等のガスを用いることができる。
【０１９３】
これにより、第８の実施例では、発光効率が高く低しきい値で発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を量産に有利なＭＯＣＶＤ　法で製造できた。
【０１９４】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１乃至請求項７記載の発明によれば、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子の製造方法であって、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率が高い半導体発光素子を作製することができる。
【０１９５】
特に、請求項２記載の発明では、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、成長を中断し、キャリアガスでガス供給ラインもしくは成長室をパージする工程であるので、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物を除去し、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率が高い半導体発光素子を作製できる。
【０１９６】
また、請求項３記載の発明では、請求項２記載の半導体発光素子の製造方法において、前記成長中断中に、サセプターをベーキングするので、効率的に活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率が高い半導体発光素子を作製できる。
【０１９７】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項１記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、エッチングガスを成長室に供給する工程であるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【０１９８】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、有機系窒素化合物ガスであり、有機系窒素化合物ガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応しＡｌ系残留物を除去することができるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【０１９９】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、酸素（Ｏ）を含むガスであり、酸素（Ｏ）を含むガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応しＡｌ系残留物を除去することのできるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【０２００】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項４記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、塩素（Ｃｌ）を含むガスであり、塩素（Ｃｌ）を含むガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応しＡｌ系残留物を除去することができるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【０２０１】
また、請求項８乃至請求項１４記載の発明によれば、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置された被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成し、また、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも一層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層を形成する半導体発光素子の製造方法であって、被選択酸化層の成長後、前記ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けるようになっており、キャリアの注入されない活性領域外で、成長中断してＡｌ系残留物を除去することで、残留Ａｌに起因する非発光再結合やＡｌ系残留物除去工程に起因する非発光再結合によって発光効率が低下することを抑制できる。
【０２０２】
特に、請求項９記載の発明では、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、前記ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、成長を中断し、キャリアガスでガス供給ラインもしくは成長室をパージする工程であるので、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物を除去し、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率が高い半導体発光素子を作製できる。
【０２０３】
また、請求項１０記載の発明では、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記成長中断中に、サセプターをベーキングするので、効率的に活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率が高い半導体発光素子を作製できる。
【０２０４】
また、請求項１１記載の発明によれば、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、エッチングガスを成長室に供給する工程であるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【０２０５】
また、請求項１２記載の発明によれば、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、有機系窒素化合物ガスであり、有機系窒素化合物ガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応しＡｌ系残留物を除去することができるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【０２０６】
また、請求項１３記載の発明によれば、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、酸素（Ｏ）を含むガスであり、酸素（Ｏ）を含むガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応しＡｌ系残留物を除去することのできるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【０２０７】
また、請求項１４記載の発明によれば、請求項８記載の半導体発光素子の製造方法において、前記エッチングガスは、塩素（Ｃｌ）を含むガスであり、塩素（Ｃｌ）を含むガスは、反応室側壁，加熱帯，基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応しＡｌ系残留物を除去することができるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【０２０８】
また、請求項１５記載の発明によれば、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置した被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子において、窒素を含む活性層中の酸素濃度は１×１０１８ｃｍ−３以下であるので、発光効率を低下させずに室温連続発振が可能な半導体発光素子を得ることができる。すなわち、通常、Ａｌを構成元素として含む半導体層に、窒素を含む活性層を連続的に形成する構造においては、活性層中にＡｌとともに酸素が取り込まれて発光効率を落としてしまうが、窒素を含む活性層中の酸素濃度を１×１０１８ｃｍ−３以下とすることで、発光効率を低下させずに室温連続発振が可能な半導体発光素子を得ることができる。
【０２０９】
また、請求項１６記載の発明によれば、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中にＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を配置し、配置した被選択酸化層の一部を選択的に酸化して電流狭窄構造を形成する半導体発光素子において、窒素を含む活性層中のＡｌ濃度は２×１０１９ｃｍ−３以下であるので、発光効率を低下させずに室温連続発振が可能な半導体発光素子を得ることができる。すなわち、通常、Ａｌを構成元素として含む半導体層に、窒素を含む活性層を連続的に形成する構造においては、活性層中にＡｌとともに酸素が取り込まれて発光効率を落としてしまうが、Ａｌ濃度を２×１０１９ｃｍ−３以下とすることで、酸素濃度を１×１０１８ｃｍ−３以下にすることができ、発光効率を低下させずに室温連続発振が可能な半導体発光素子を得ることができる。
【０２１０】
また、請求項１７記載の半導体発光素子によれば、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中に配置されたＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層の一部が選択的に酸化されて電流狭窄構造が形成されている半導体発光素子であって、前記被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも一層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層が形成されており、Ａｌ系残留物を除去する工程中に発生したダメージや、酸素の取りこまれが発生し非発光再結合中心が形成された半導体領域のバンドギャップより大きいバンドギャップを有する半導体層が活性層との間にあるので、非発光再結合中心が形成された半導体領域への注入キャリアを低減でき、発光効率低下を抑制できるので、発光効率を高くできた。半導体レーザの場合、しきい値電流を充分低いものとすることができた。
【０２１１】
また、請求項１８乃至請求項２０記載の発明によれば、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有し、ｐ型半導体層中に配置されたＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層の一部が選択的に酸化されて電流狭窄構造が形成されている半導体発光素子において、前記被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層が形成されているので、成長時、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去し、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率を高くできる。また、半導体レーザの場合、しきい値電流を充分低いものとすることができる。
【０２１２】
特に、請求項１９記載の発明によれば、請求項１８記載の半導体発光素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＩｎＮＰ，ＧａＮＰＡｓ，ＧａＩｎＮＰＡｓのいずれかであるので、発光効率を高くできる。また、半導体レーザの場合、しきい値電流を充分低いものとすることができる。
【０２１３】
また、請求項２０記載の発明によれば、請求項１８記載の半導体発光素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層と窒素を含む活性層との間に、その両者よりもバンドギャップエネルギーが大きいＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰのいずれか１つからなる層が形成されているので、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層への注入キャリアがほとんど無くなり、発光効率を高くできる。また、半導体レーザの場合、しきい値電流を充分低いものとすることができる。
【０２１４】
また、請求項２１乃至請求項２３記載の発明によれば、窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子の製造方法であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも１層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層を形成し、前記被選択酸化層の成長後、前記ＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層の成長が完了するまでの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けるので、窒素を含む活性層への酸素の取りこまれが抑制され、かつ成長中断して形成された欠陥による非発光再結合の影響が避けられ、低抵抗で駆動電圧が低く、しかも発光効率が高く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を容易に低コストで作製できる。
【０２１５】
特に、請求項２２記載の発明によれば、請求項２０記載の面発光型半導体レーザ素子の製造方法において、被選択酸化層の成長後、窒素を含む活性層の成長開始までの間に、窒素化合物原料または窒素化合物原料中に含まれる不純物が触れる場所となるガス供給ライン中もしくは成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程は、成長を中断し、キャリアガスでガス供給ラインもしくは成長室をパージする工程であるので、窒素を含む活性層への酸素の取りこまれを効率的に抑制でき、低抵抗で駆動電圧が低く、しかも発光効率が高く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を容易に低コストで実現できる。
【０２１６】
また、請求項２３記載の発明では、成長中断中にサセプターをベーキングするので、窒素を含む活性層への酸素の取りこまれを効率的に抑制でき、低抵抗で駆動電圧が低く、しかも発光効率が高く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を容易に低コストで実現できる。
【０２１７】
また、請求項２４記載の発明によれば、窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、少なくとも１層のＧａＩｎＰＡｓ層、または、ＧａＩｎＰ層、または、ＧａＰＡｓ層が形成されているので、窒素を含む活性層への酸素の取りこまれが抑制され、低抵抗で駆動電圧が低く、しかも発光効率が高く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い１．３μｍ，１．５５μｍ帯等の長波長帯面発光型半導体レーザ素子を容易に低コストで実現できる。更に、本構成によれば、ｐ型基板を用いることができる。
【０２１８】
また、請求項２５乃至請求項２７記載の発明によれば、窒素を含む活性層を有する活性領域と、レーザ光を得るために活性層の上部および下部に設けられた上部反射鏡および下部反射鏡とを含む共振器構造を備え、窒素を含む活性層と半導体基板との間にｐ型半導体層を有している面発光型半導体レーザ素子であって、前記下部反射鏡は、屈折率が周期的に変化し入射光を光波干渉によって反射する半導体分布ブラッグ反射鏡を含み、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が小さい層はＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０＜ｘ≦１）からなり、また、該半導体分布ブラッグ反射鏡の屈折率が大きい層はＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ＜ｘ≦１）からなり、前記ｐ型半導体層の一部を選択的に酸化して電流狭窄を行うためのＡｌＡｓを主成分とする被選択酸化層を有し、被選択酸化層と窒素を含む活性層との間に、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層が形成されているので、窒素を含む活性層への酸素の取りこまれが抑制され、低抵抗で駆動電圧が低く、しかも発光効率が高く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を容易に低コストで実現できる。更に、本構成によれば、ｐ型基板を用いることができる。
【０２１９】
特に、請求項２６記載の発明によれば、請求項２５記載の面発光型半導体レーザ素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層は、ＧａＮＡｓ，ＧａＩｎＮＡｓ，ＧａＩｎＮＰ，ＧａＮＰＡｓ，ＧａＩｎＮＰＡｓのいずれかであるので、窒素を含む活性層への酸素の取りこまれが抑制され、低抵抗で駆動電圧が低く、しかも発光効率が高く低しきい値電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を容易に低コストで実現できる。
【０２２０】
また、請求項２７記載の発明によれば、請求項２５記載の面発光型半導体レーザ素子において、活性層よりもバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層と窒素を含む活性層との間に、その両者よりもバンドギャップエネルギーが大きいＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰのいずれか１つからなる層が形成されているので、活性層よりバンドギャップが大きくかつ窒素を含む半導体層への注入キャリアがほとんど無くなり、低抵抗で駆動電圧が低く、しかも発光効率が高く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を容易に低コストで実現できる。
【０２２１】
また、請求項２８記載の発明によれば、請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子が複数個配列されて構成されている面発光型半導体レーザアレイであるので、複数の素子により同時により多くのデータを伝送することができる。
【０２２２】
また、請求項２９記載の発明によれば、請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子、または、請求項２８記載の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられている光送信モジュールであり、上述したような低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い本発明の面発光型半導体レーザ素子や面発光型半導体レーザアレイが用いられることによって、冷却素子が不要な低コストな光送信モジュールを実現することができる。
【０２２３】
また、請求項３０記載の発明によれば、請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子、または、請求項２８記載の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられている光送受信モジュールであり、上述したような低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い本発明の面発光型半導体レーザ素子や面発光型半導体レーザアレイが用いられることによって、冷却素子が不要な低コストな光送受信モジュールを実現することができる。
【０２２４】
また、請求項３１記載の発明によれば、請求項２４乃至請求項２７のいずれか一項に記載の面発光型半導体レーザ素子、または、請求項２８記載の面発光型半導体レーザアレイが光源として用いられている光通信システムであり、上述したような低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値電流動作し、温度特性が良い本発明の面発光型半導体レーザ素子や面発光型半導体レーザアレイが用いられることによって、冷却素子不要な低コストな光ファイバー通信システム，光インターコネクションシステムなどの光通信システムを実現することができる。
【０２２５】
また、請求項３２記載の発明によれば、基板と活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられる半導体発光素子の製造方法であって、前記Ａｌを含む半導体層を成長した後であって、窒素を含む活性層の成長を開始する前に、エッチングガスとして臭素を含んだガスを成長室内に供給し、成長室内に残留したＡｌ原料，Ａｌ反応物，Ａｌ化合物，Ａｌのうちの少なくとも１つを除去する工程を設けたので、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。すなわち、ＣＢｒ４のような臭素を含んだガスは、成長室内の反応生成堆積物と反応し、エッチング除去する効果がある。よって、Ａｌを含んだ半導体層を成長した後、窒素を含む活性層の成長の前までに、エッチングガスとして臭素を含んだガスを供給すると、装置内のＡｌ系残留物と反応してＡｌ系残留物を除去することができるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【０２２６】
また、請求項３３記載の発明によれば、基板と活性層との間にＡｌを含む半導体層が設けられる半導体発光素子の製造方法であって、前記Ａｌを含む半導体層を成長した後であって、窒素を含む活性層の成長を開始する前に成長を一度中断し、再成長する前にエッチングガスとして臭素を含んだガスを成長室内に供給し、被成長基板の表面の一部を除去する工程を設けたので、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。すなわち、臭素を含んだガスは、ＧａＡｓなどの半導体層をエッチングする効果がある。成長中断をして、成長室内に残留したＡｌ系残留物を除去する場合、エピ基板表面には酸化膜等が形成される恐れがある。再成長する前にエッチングガスとして臭素を含んだガスを成長室内に供給し、被成長基板の表面の一部を除去する工程を設けると、酸化膜等を除去できるので、再成長界面での非発光再結合などの素子特性への悪影響を抑えられ、発光効率の高い半導体発光素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願の発明者が実験的に求めたしきい値電流密度の窒素組成依存性を示す図である。
【図２】一般的なＭＯＣＶＤ装置の概略を示す図である。
【図３】ＭＯＣＶＤ装置で作製したＧａＩｎＮＡｓ量子井戸層（窒素を含んだ半導体層）とＧａＡｓバリア層とからなるＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量子井戸構造（活性層）の室温フォトルミネッセンススペクトルを示す図である。
【図４】図３の測定に用いた試料構造を示す図である。
【図５】図４に示した半導体発光素子の一例として、クラッド層をＡｌＧａＡｓとし、中間層をＧａＡｓとし、活性層をＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ２重量子井戸構造として構成した素子を１台のエピタキシャル成長装置（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成したときの、窒素（Ｎ）濃度と酸素（Ｏ）濃度の深さ方向分布を示す図である。
【図６】図５と同じ試料のＡｌ濃度の深さ方向分布を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を示す図である。
【図８】本発明の第２，第７，第８の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を示す図である。
【図１０】本発明の第４の実施例のＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザアレイ（ＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザアレイチップ）を示す図である。
【図１１】本発明の第５の実施例の光送信モジュールを示す図である。
【図１２】本発明の第６の実施例の光送受信モジュールを示す図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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