(57)【要約】【課題】ＭＯＣＶＤ装置とＭＢＥ装置をともに用いるハイブリッド法において、再成長界面の不純物を十分に取り除くことができる面発光半導体レーザ素子の製造方法を提供すること。【解決手段】ＭＯＣＶＤ装置内で、ＧａＡｓ基板上に、下部ＤＢＲミラーを形成した後、その基板をＭＢＥ装置内に搬送する。そして、ＭＢＥ装置内で、その基板を加熱するとともに、ＭＢＥ装置内にＡｓＨ3とともにＣＢｒ4を流し込む。これにより、自然酸化膜とそれに混入した不純物を除去することができる。続いて、ＭＢＥ装置内で、電流狭窄層、下部クラッド層、活性層、上部クラッド層を形成し、ＭＯＣＶＤ装置内で、上部ＤＢＲミラー、コンタクト層を形成する。【選択図】      図１
2004207500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡との間に活性層が位置する構造の面発光レーザ素子の製造方法において、
有機金属気相成長装置内で、半導体基板上に、少なくとも前記下部半導体多層膜反射鏡が含まれた第１の半導体層を形成する第１の半導体層形成ステップと、
前記半導体基板を分子線エピタキシー装置内に搬送する基板搬送ステップと、
前記分子線エピタキシー装置内で、前記半導体基板を加熱するとともに、該分子線エピタキシー装置内に四臭化炭素（ＣＢｒ4）を流し込む洗浄ステップと、
前記分子線エピタキシー装置内で、前記第１の半導体層上に、少なくとも前記活性層が含まれた第２の半導体層を形成する第２の半導体層形成ステップと、
を含んだことを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記洗浄ステップは、前記分子線エピタキシー装置内にさらにアルシン（ＡｓＨ3）を流し込むことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記洗浄ステップは、前記分子線エピタキシー装置内にさらに砒素（Ａｓ）を流し込むことを特徴とする請求項１に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡との間に活性層が位置する構造の面発光レーザ素子の製造方法において、
有機金属気相成長装置内で、半導体基板上に、少なくとも前記下部半導体多層膜反射鏡が含まれた第１の半導体層を形成する第１の半導体層形成ステップと、
前記有機金属気相成長装置内で、前記第１の半導体層の表面に酸化物を形成する酸化物形成ステップと、
前記半導体基板を分子線エピタキシー装置内に搬送する基板搬送ステップと、
前記分子線エピタキシー装置内で、前記酸化物を除去する酸化物除去ステップと、
前記分子線エピタキシー装置内で、前記第１の半導体層上に、少なくとも前記活性層が含まれた第２の半導体層を形成する第２の半導体層形成ステップと、
を含んだことを特徴とする面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記酸化物形成ステップは、前記酸化物としてＧａ酸化物を用いることを特徴とする請求項４に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
前記酸化物除去ステップは、前記酸化物に原子状水素を照射することにより前記酸化物を除去することを特徴とする請求項４または５に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項７】
前記第１の半導体層形成ステップは、前記第１の半導体層を、前記下部半導体多層膜反射鏡の一部が最上層に位置するように形成し、
前記第２の半導体層形成ステップは、前記第２の半導体層を、前記下部半導体多層膜反射鏡の他部が最下層に位置するように形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
前記下部半導体多層膜反射鏡は、ＧａＡｓ／ＡｌxＧａ1-xＡｓを１ペアとした複数ペアから構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
前記下部半導体多層膜反射鏡の一部は、ＧａＡｓ／ＡｌxＧａ1-xＡｓを１ペアとした複数ペアから構成され、
前記下部半導体多層膜反射鏡の他部は、ＡｌxＧａ1-XＡｓ／ＡｌyＧａ1-yＡｓを１ペアとした少なくとも１ペアから構成されることを特徴とする請求項７に記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記活性層は、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）井戸層を有する単一または多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記活性層は、ＧａＩｎＳｂ井戸層を有する単一または多重量子井戸構造であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【請求項１２】
前記活性層は、ＩｎＡｓ単一または多重量子ドット構造であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の面発光レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光波長が１．２μｍ以上の長波長発振を実現する面発光半導体レーザ素子に関し、特に、有機金属気相成長法によって半導体多層膜反射鏡を形成し、分子線エピタキシー法によって共振器構造を形成する面発光レーザ素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical  Cavity  Surface  Emitting  Laser  以下、単に面発光レーザ素子と称する。）は、その名の示す通り、光の共振する方向が基板面に対して垂直であり、光インターコネクションを始め、通信用光源として、また、その他の様々なアプリケーション用デバイスとして注目されている（例えば、特許文献１参照）。従来の端面発光型レーザ素子と比較して、素子の２次元配列が容易に形成できること、ミラーを設けるために劈開する必要がないのでウエハレベルでテストできること、活性層の体積が小さく極低閾値で発振できるために消費電力が小さいこと等がその理由である。
【０００３】
また、面発光レーザ素子は、半導体基板と、一対の半導体多層膜反射鏡と、その一対の半導体多層膜反射鏡の間に位置する活性層とを基本的な構成要素とするが、近年では、半導体基板をＧａＡｓで形成し、半導体多層膜反射鏡を互いにＡｌの組成の異なるＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓで形成して、さらに活性層をＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y量子井戸構造または量子ドット構造とすることで、１．２μｍ〜１．３μｍ帯の長波長発振が実現されている。この長波長発振を可能にした面発光レーザ素子は、特にデータ通信分野で使用する光通信装置の光源として有用である。
【０００４】
以下に、活性層をＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y量子井戸構造とした従来の面発光レーザ素子の構造および製造方法について説明する。図８は、活性層をＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y量子井戸構造とした従来の面発光レーザ素子の断面斜視図である。図８において、面発光レーザ素子１００は、ｐ−ＧａＡｓ基板１１上に、順に、下部半導体多層膜反射鏡（以下、下部ＤＢＲミラーと称す。）１２、電流狭窄層１３、ｐ−ＧａＡｓクラッド層１４（下部クラッド層）、発振波長１．３μｍのＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y井戸層を有する多重量子井戸構造の活性層１５、ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６（上部クラッド層）、上部半導体多層膜反射鏡（以下、上部ＤＢＲミラーと称す。）１７、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８が積層された積層構造のメサポスト２０を有している。
【０００５】
ここで、下部ＤＢＲミラー１２は、例えばｐ−ＧａＡｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを１ペアとして、それを３０ペア分積層した構造である。また、上部ＤＢＲミラー１７は、例えばｎ−ＧａＡｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを１ペアとして、それを２５ペア分積層した構造である。また、電流狭窄層１３は、メサポスト中央部に位置するとともに電流注入領域として機能するＡｌＡｓ層２１と、その電流注入領域の外側に電流狭窄領域として機能するＡｌ酸化層２２とを有している。
【０００６】
また、ｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８上には、そのｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８と電気的接続を果たすリング状のｎ側電極２４が形成され、ｎ側電極２４に対向するｐ−ＧａＡｓ基板１１の裏面にはｐ側電極２６が形成されている。さらに、メサポスト２０のｎ側電極２４を除いた表面には、図示するように、保護膜として機能するＳｉＮ膜２３が形成されており、このＳｉＮ膜２３とｎ側電極２４の表面には、ｎ側電極２４の引き出し線として機能する配線層２５が形成されている。
【０００７】
このような構造によって、面発光レーザ素子１００は、配線層２５とｐ側電極２６との間に適当な電圧が印加されることで、ｎ側電極２４のリング中央部からメサポスト２０の上方に向けて発振波長１．３μｍのレーザを出射することができる。
【０００８】
次に、上述した面発光レーザ素子１００の製造方法のうち、特にメサポスト２０を構成する積層構造の形成方法について説明する。図９は、その積層構造の形成方法を説明するためのフローチャートである。また、図１０は、そのフローチャートに基づいた積層構造の形成過程を示す積層工程図である。
【０００９】
まず、有機金属気相成長（以下、ＭＯＣＶＤと称す。）装置内において、ｐ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｐ−ＧａＡｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを1ペアとした下部ＤＢＲミラー１２を形成する（ステップＳ９０１、図１０（ａ））。下部ＤＢＲミラー１２が形成されると、その基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出して分子線エピタキシー（以下、ＭＢＥと称す。）装置内に装着する。
【００１０】
ここで、下部ＤＢＲミラー１２が形成された基板は、ＭＯＣＶＤ装置とＭＢＥ装置との間の搬送過程において大気に露出されるため、下部ＤＢＲミラー１２の表面に自然酸化膜３０が形成される（図１０（ｂ））。そこで、その自然酸化膜３０を除去するために、ＭＢＥ装置内において、基板を加熱して自然酸化膜を蒸発させる、いわゆるサーマルクリーニングを行なう。また、その際同時に、下部ＤＢＲミラー１２表面から砒素（Ａｓ）が脱離されるのを防ぐためにアルシン（ＡｓＨ3）を流し込む。これにより、上記した自然酸化膜３０が除去され、下部ＤＢＲミラー１２の表面が露出する（ステップＳ９０２、図１０（ｃ））。
【００１１】
続いて、ＭＢＥ装置内において、下部ＤＢＲミラー１２上にｐ−ＡｌＡｓを結晶成長させることにより、電流狭窄層１３を形成する（ステップＳ９０３、図１０（ｄ））。そして、電流狭窄層１３上に、順に、ｐ−ＧａＡｓクラッド層１４、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y井戸層を有する多重量子井戸構造の活性層１５、ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６を形成する（ステップＳ９０４〜Ｓ９０６、図１０（ｅ）〜（ｇ））。
【００１２】
ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６まで形成されると、次に、その基板をＭＢＥ装置から取り出してＭＯＣＶＤ装置に装着する。そして、ＭＯＣＶＤ装置内において、ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６上に、ｎ−ＧａＡｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを１ペアとした上部ＤＢＲミラー１７を形成する（ステップＳ９０７、図１０（ｈ））。
【００１３】
続いて、ＭＯＣＶＤ装置内において、上部ＤＢＲミラー１７上にｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８を形成した後（ステップＳ９０８、図１０（ｉ））、基板を取り出して、適当な装置を用いることで、メサポストの形成、電流狭窄領域の形成、ＳｉＮ膜の形成、電極の形成、配線層の形成など、面発光レーザ素子として機能するための処理工程を順次実施する（ステップＳ９０９）。
【００１４】
なお、ステップＳ９０９において、メサポスト２０は、フォトリソグラフィ工程およびエッチング工程（ドライエッチングまたはウェットエッチング）を経て、上部ＤＢＲミラー１７、ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６、活性層１５、ｐ−ＧａＡｓクラッド層１４および電流狭窄層１３からなる積層構造に対し、図８に示すような円筒状溝２７を形成することで得られる。
【００１５】
また、電流狭窄領域は、例えば水蒸気雰囲気中にて約４００℃の温度で酸化処理を行うことにより、電流狭窄層１３をメサポスト２０から選択的に酸化させてＡｌ酸化層２２を形成することで得られる。
【００１６】
以上に説明したように、１．２μｍ以上の長波長発振を実現する面発光レーザ素子は、ＭＯＣＶＤ法とＭＢＥ法を組み合わせるという、いわゆるハイブリッド法を採用することによって、素子特性の再現性を向上させている。ここで、ハイブリッド法が優れている理由を簡単に説明する。まず、ＭＯＣＶＤ法は、優れた傾斜組成制御、優れたドーピングプロファイルおよび良好な結晶性が得られることから、下部ＤＢＲミラー１２および上部ＤＢＲミラー１７の形成に適している。
【００１７】
一方、ＭＢＥ法は、ＭＯＣＶＤ法に比べて低い温度で結晶成長させることができる。換言すれば、ＭＢＥ法のもとでは、平衡状態から離れた非平衡状態で結晶成長が行われる。ここで、活性層１５を構成するＧａＩｎＮＡｓは、非混和性という性質を有するため、平衡状態に近いところでは良好な結晶成長が得られにくいということが知られている。よって、良好な結晶性を有するＧａＩｎＮＡｓを得るには、ＭＢＥ法の方が適している。
【００１８】
【特許文献１】
特開２０００−０６８６０４号公報
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ハイブリッド法によって面発光レーザ素子を製造する場合、上述したように、ＭＯＣＶＤ装置からＭＢＥ装置への基板の搬送過程において、下部ＤＢＲミラー１２上に自然酸化膜３０が形成されてしまう。そのためＭＢＥ装置内においてサーマルクリーニングを行うのであるが、自然酸化膜３０には、酸素や炭素などの不純物が混入しており、それら不純物は、ＡｓＨ3の流入とともに行なわれるサーマルクリーニングでは十分に除去されない。したがって、下部ＤＢＲミラー１２と電流狭窄層１３との間（再成長界面）に不純物が残留してしまう。
【００２０】
この残留した不純物は、再成長界面からその上下に位置する層に拡散するため、再成長界面と活性層との距離が短い場合、その不純物が活性層近傍にまで達し、非発光再結合中心を生成する要因となっていた。すなわち、この不純物の存在を原因として、素子の光出力特性が悪化してしまうという問題があった。
【００２１】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド法において、再成長界面の不純物を十分に取り除くことができる面発光半導体レーザ素子の製造方法を提供することを目的としている。
【００２２】
【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にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡との間に活性層が位置する構造の面発光レーザ素子の製造方法において、有機金属気相成長装置内で、半導体基板上に、少なくとも前記下部半導体多層膜反射鏡が含まれた第1の半導体層を形成する第1の半導体層形成ステップと、前記半導体基板を分子線エピタキシー装置内に搬送する基板搬送ステップと、前記分子線エピタキシー装置内で、前記半導体基板を加熱するとともに、該分子線エピタキシー装置内に四臭化炭素（ＣＢｒ4）を流し込む洗浄ステップと、前記分子線エピタキシー装置内で、前記第１の半導体層上に、少なくとも前記活性層が含まれた第２の半導体層を形成する第２の半導体層形成ステップと、を含んだことを特徴としている。
【００２３】
この発明によれば、基板搬送ステップにおいて第１の半導体層上に形成された自然酸化物をサーマルクリーニングによって除去できるとともに、ＣＢｒ4の照射によって第１の半導体層の表層をエッチングすることになるので、自然酸化物に混入した不純物をも除去することができる。
【００２４】
また、請求項２にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記洗浄ステップが、前記分子線エピタキシー装置内にさらにアルシン（ＡｓＨ3）を流し込むことを特徴としている。
【００２５】
この発明によれば、ＣＢｒ4の照射によって露出した第１の半導体層表面のＡｓがサーマルクリーニングによって脱離するのを防ぐことができる。
【００２６】
請求項３にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記洗浄ステップが、前記分子線エピタキシー装置内にさらに砒素（Ａｓ）を流し込むことを特徴としている。
【００２７】
この発明によれば、上記同様、ＣＢｒ4の照射によって露出した第１の半導体層表面のＡｓがサーマルクリーニングによって脱離するのを防ぐことができる。
【００２８】
請求項４にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、下部半導体多層膜反射鏡と上部半導体多層膜反射鏡との間に活性層が位置する構造の面発光レーザ素子の製造方法において、有機金属気相成長装置内で、半導体基板上に、少なくとも前記下部半導体多層膜反射鏡が含まれた第１の半導体層を形成する第１の半導体層形成ステップと、前記有機金属気相成長装置内で、前記第１の半導体層の表面に酸化物を形成する酸化物形成ステップと、前記半導体基板を分子線エピタキシー装置内に搬送する基板搬送ステップと、前記分子線エピタキシー装置内で、前記酸化物を除去する酸化物除去ステップと、前記分子線エピタキシー装置内で、前記第1の半導体層上に、少なくとも前記活性層が含まれた第2の半導体層を形成する第２の半導体層形成ステップと、を含んだことを特徴としている。
【００２９】
この発明によれば、基板搬送ステップにおいて自然酸化膜が形成されるとしても、不純物が含まれる余地のないクリーンな環境で形成された酸化物上に形成されるので、不純物が第１の半導体層の表面に分散してしまうのを防ぐことができ、さらには、その酸化物の除去により清浄な第１の半導体層表面を得ることができる。
【００３０】
請求項５にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記酸化物形成ステップが、前記酸化物としてＧａ酸化物を形成することを特徴としている。
【００３１】
請求項６にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記酸化物除去ステップが、前記酸化物に原子状水素を照射することで前記酸化物を除去することを特徴としている。
【００３２】
請求項７にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記第1の半導体層形成ステップが、前記第１の半導体層を、前記下部半導体多層膜反射鏡の一部が最上層に位置するように形成し、前記第２の半導体層形成ステップが、前記第２の半導体層を、前記下部半導体多層膜反射鏡の他部が最下層に位置するように形成することを特徴としている。
【００３３】
請求項８にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記下部半導体多層膜反射鏡が、ＧａＡｓ／ＡｌxＧａ1-xＡｓを１ペアとした複数ペアから構成されることを特徴としている。
【００３４】
この発明によれば、１ペアの下層に位置するＡｌxＧａ1-xＡｓが、ＣＢｒ4の照射によるエッチングに対してエッチング停止層として機能するので、下部半導体多層膜反射鏡が多く除去されるのを防ぐことできる。
【００３５】
請求項９にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記下部半導体多層膜反射鏡の一部が、ＧａＡｓ／ＡｌxＧａ1-xＡｓを１ペアとした複数ペアから構成され、前記下部半導体多層膜反射鏡の他部が、ＡｌxＧａ1-XＡｓ／ＡｌyＧａ1-yＡｓを１ペアとした少なくとも１ペアから構成されることを特徴としている。
【００３６】
この発明によれば、不純物が混入する可能性の高い再成長界面を、第２の半導体層内に位置する活性層から遠ざけることができる。
【００３７】
請求項１０にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、上記発明において、前記活性層が、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）井戸層を有する単一または多重量子井戸構造であることを特徴としている。
【００３８】
請求項１１にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、前記活性層が、ＧａＩｎＳｂ井戸層を有する単一または多重量子井戸構造であることを特徴としている。
【００３９】
請求項１２にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、前記活性層が、ＩｎＡｓ単一または多重量子ドット構造であることを特徴としている。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる面発光レーザ素子の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００４１】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１にかかる面発光レーザ素子の製造方法について説明する。実施の形態１にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、サーマルクリーニング時にＡｓＨ3に加えて、エッチングガスとして機能する四臭化炭素（ＣＢｒ4）を用いることを特徴としている。
【００４２】
図１は、実施の形態１にかかる面発光レーザ素子の製造方法を示すフローチャートであり、特にメサポスト部分の積層構造の形成方法を示している。また、図２はそのフローチャートに基づいた積層構造の形成過程を示す積層工程図である。
【００４３】
まず、ＭＯＣＶＤ装置内において、ｐ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｐ−ＧａＡｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを１ペアとしてそれを３０ペア分積層した下部ＤＢＲミラー１２を形成する（ステップＳ１０１、図２（ａ））。なお、この下部ＤＢＲミラー１２の最上層にはｐ−ＧａＡｓが位置する。
【００４４】
次に、ＭＯＣＶＤ装置から基板を取り出し、取り出した基板をＭＢＥ装置に装着する。ここで、基板は、ＭＯＣＶＤ装置からＭＢＥ装置へと搬送される際に大気暴露されるため、下部ＤＢＲミラー１２の表面に酸素や炭素などの不純物を含む自然酸化膜３０が形成される（図２（ｂ））。
【００４５】
そこで、その自然酸化膜３０を除去するために、従来同様、サーマルクリーニングを実施するわけであるが、本実施の形態では、ＭＢＥ装置内に、従来使用していたＡｓＨ3とともに、ＣＢｒ4を流し込む（ステップＳ１０２）。
【００４６】
ここで、ＣＢｒ4の流し込みによる効果について説明する。ハロゲン化合物であるＣＢｒ4は、ＭＢＥ装置において通常、ｐ型ドーパントとして使用される。発明者等は、実験により、このＣＢｒ4をＧａＡｓ基板表面に照射すると、ＢｒとＧａＡｓとが反応してＧａ−Ｂｒ化合物が生成されることを確認した。また、生成されたＧａ−Ｂｒ化合物は比較的遅い速度で気相へと転位してＧａＡｓ基板の表面から脱離するということも確認した。さらには、そのＧａ−Ｂｒ化合物の脱離に伴って、ＧａＡｓ基板上に残留しているＡｓも比較的遅い速度でＧａＡｓ基板表面から脱離することが確認された。すなわち、ＣＢｒ4は、ＧａＡｓ基板を比較的遅い速度でエッチングさせることができるということがわかった。
【００４７】
また、発明者等は、ＡｌＧａＡｓ基板表面にＣＢｒ4を照射した場合には、Ｇａ−Ｂｒ化合物とともに、Ａｌ−Ｂｒ化合物が生成されることを確認した。特に、発明者等は、生成されたＡｌ−Ｂｒ化合物がＧａ−Ｂｒ化合物とは異なってＡｌＧａＡｓ基板表面から脱離しにくいこと、換言すれば、ＡｌＧａＡｓがＣＢｒ4に対してエッチング停止層として機能するということを見出した。
【００４８】
図３は、ＧａＡｓ基板とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ基板のそれぞれに対してＣＢｒ4を照射した際のエッチング速度とＣＢｒ4の圧力との関係を示したグラフである。なお、このグラフを得た際の基板温度は５００℃である。図３において、ＣＢｒ4の圧力が０．１Ｔｏｒｒの場合、ＧａＡｓ基板はエッチング速度約１ｎｍ／ｍｉｎでエッチングされるが、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ基板はほとんどエッチングされないことがわかる。
【００４９】
以上のことから、下部ＤＢＲミラー１２の表面に対してＣＢｒ4を照射すれば、その下部ＤＢＲミラー１２の最表層に位置するｐ−ＧａＡｓのみを除去することができる。特に、このｐ−ＧａＡｓの除去は、ｐ−ＧａＡｓ表面または内部に残留した上記不純物も除去されることを意味する。換言すれば、ＣＢｒ4は、下部ＤＢＲミラー１２を洗浄するのに最適なクリーニングガスと言え、実際に、清浄な下部ＤＢＲミラー１２の表面（再成長界面）を得ることができた（図２（ｃ））。なお、従来と同様にＡｓＨ3を流し込むのは、上記エッチングによって露出したＡｌ0.9Ｇａ0.1ＡｓのＡｓが、サーマルクリーニング時の加熱によって脱離されるのを防ぐためである。
【００５０】
続いて、ＭＢＥ装置内において、下部ＤＢＲミラー１２上にｐ−ＡｌＡｓを結晶成長させることにより電流狭窄層１３を形成する（ステップＳ１０３、図２（ｄ））。そして、電流狭窄層１３上に、順に、ｐ−ＧａＡｓクラッド層１４、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y井戸層を有する多重量子井戸構造の活性層１５、ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６を形成する（ステップＳ１０４〜Ｓ１０６、図２（ｅ）〜（ｇ））。なお、活性層１５としては、例えば、発振波長１．２９５μｍのＧａ0.61Ｉｎ0.39Ａｓ0.982Ｎ0.018井戸層／ＧａＮ0.019Ａｓ0.981バリア層で形成することができる。
【００５１】
ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６まで形成されると、次に、その基板をＭＢＥ装置から取り出してＭＯＣＶＤ装置に装着する。そして、ＭＯＣＶＤ装置内において、ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６上に、ｎ−ＧａＡｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを１ペアとして、それを２５ペア分積層した上部ＤＢＲミラー１７を形成する（ステップＳ１０７、図２（ｈ））。
【００５２】
続いて、ＭＯＣＶＤ装置内において、上部ＤＢＲミラー１７上にｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８を形成し（ステップＳ１０８、図２（ｉ））、基板を取り出した後に、従来の製造方法と同様に適当な装置を用いて、メサポストの形成、電流狭窄領域の形成、ＳｉＮ膜の形成、電極の形成、配線層の形成など、面発光半導体レーザ素子として機能するための処理工程を順次実施する（ステップＳ１０９）。
【００５３】
以上に説明したとおり、実施の形態１にかかる面発光レーザ素子の製造方法によれば、ＭＢＥ装置内でサーマルクリーニングを行うことにより下部ＤＢＲミラー１２上の自然酸化物３０を除去し、さらにそのサーマルクリーニングの際にＣＢｒ4を流し込むことで、下部ＤＢＲミラー１２表面の一部をエッチングし、残留していた不純物を除去する。また、従来同様にＡｓＨ3も流し込むので、上記エッチングによって露出した基板からＡｓが脱離されるのを防いでいる。これにより、清浄な下部ＤＢＲミラー１２表面（再成長界面）を得ることができ、従来のＡｓＨ3のみを用いたサーマルクリーニングよりも、素子のＬ−Ｉ特性において、閾値電流値を約５％低減させることが可能になった。
【００５４】
なお、上述した説明では、サーマルクリーニングを行う表面、すなわち再成長界面は、下部ＤＢＲミラー１２の表面としたが、ＭＯＣＶＤ装置内で、下部ＤＢＲミラー１２、電流狭窄層１３を形成し、ＭＢＥ装置内で電流狭窄層１３の表面をサーマルクリーニングの対象としてもよい。すなわち、この場合、再成長界面は電流狭窄層１３の表面となる。また、ＭＯＣＶＤ装置内で、下部ＤＢＲミラー１２、電流狭窄層１３、下部クラッド層を形成し、ＭＢＥ装置内で下部クラッド層の表面をサーマルクリーニングの対象としてもよい。すなわち、この場合、再成長界面は下部クラッド層の表面となる。
【００５５】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる面発光レーザ素子の製造方法について説明する。実施の形態２にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、下部ＤＢＲミラーの作成をＭＯＣＶＤ装置内とＭＢＥ装置内とで２度に分けて行うことを特徴としている。
【００５６】
図４は、実施の形態２にかかる面発光レーザ素子の製造方法を示すフローチャートであり、特にメサポスト部分の積層構造の形成方法を示している。また、図５はそのフローチャートに基づいた積層構造の形成過程を示す積層工程図である。
【００５７】
まず、ＭＯＣＶＤ装置内において、ｐ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｐ−ＧａＡｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを１ペアとして、それを２９ペア分積層した下部ＤＢＲミラー１２ａを形成する（ステップＳ２０１、図５（ａ））。
【００５８】
次に、ＭＯＣＶＤ装置から基板を取り出し、取り出した基板をＭＢＥ装置に装着する。ここで、基板は、ＭＯＣＶＤ装置からＭＢＥ装置へと搬送される際に、大気暴露されるため、下部ＤＢＲミラー１２ａの表面に酸素や炭素などの不純物を含む自然酸化膜３０が形成される（図５（ｂ））。
【００５９】
そこで、その自然酸化膜３０を除去するためにＭＢＥ装置内にＡｓＨ3とともにＣＢｒ4を流し込み、サーマルクリーニングを実施する（ステップＳ２０２）。この作用と効果は実施の形態１で説明した通りである。この処理により清浄な下部ＤＢＲミラー１２ａの表面（再成長界面）を露出することができる（図５（ｃ））。
【００６０】
次に、ＭＢＥ法によって、下部ＤＢＲミラー１２ａ上、すなわち再成長面上に、Ａｌ組成の異なる１ペアのＡｌxＧａ1-xＡｓ／ＡｌyＧａ1-yＡｓ層を形成する（ステップＳ２０３、図４（ｄ））。これにより、２９ペアの下部ＤＢＲミラー１２ａ上に１ペアの下部ＤＢＲミラー１２ｂが位置し、これら全体で３０ペアの下部ＤＢＲミラー１２を構成する。特に、このようにして得られた下部ＤＢＲミラー１２は、上記した再成長面を、最表層ではなく、その内部に閉じ込めている。
【００６１】
ここで、再成長面をＤＢＲミラー１２の内部に閉じ込めることによる効果について説明する。ＭＯＣＶＤ法とＭＢＥ法を組み合わせるハイブリッド法では、基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出してＭＢＥ装置に装着する際に、その基板を大気に曝さねばならない。この時に基板表面に不純物を含んだ自然酸化膜３０が形成されることと、その不純物が活性層近傍に分散すると素子特性が悪化するということは前述したとおりである。そこで、実施の形態１では、素子特性が悪化してしまうのを防止するという目的のために、不純物を除去する方法を説明したわけであるが、不純物が分布する恐れのある再成長界面を活性層から十分に遠ざけた場合でも、上記目的を達成することができる。本実施の形態は、まさにこの再成長面と活性層との距離を従来よりも大きくしたことを特徴としている。具体的には上述したように、再成長面が下部ＤＢＲミラー１２の表面から１ペア分だけ内部に位置し、その１ペア分だけ、再成長面と活性層との距離を広げている。
【００６２】
なお、本実施の形態では、再成長面自体についても実施の形態１で説明したとおり、ＡｓＨ3とＣＢｒ4を用いたサーマルクリーニングを行っているので、不純物を原因とした素子特性の悪化がより一層に防止される。
【００６３】
下部ＤＢＲミラー１２ｂにつづく積層工程は実施の形態１と同様である。すなわち、ＭＢＥ装置内において、下部ＤＢＲミラー１２ｂ上にｐ−ＡｌＡｓを結晶成長させることにより電流狭窄層１３を形成する（ステップＳ２０４、図４（ｅ））。そして、電流狭窄層１３上に、順に、ｐ−ＧａＡｓクラッド層１４、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y井戸層を有する多重量子井戸構造の活性層１５、ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６を形成する（ステップＳ２０５〜Ｓ２０７、図４（ｆ）〜（ｈ））。
【００６４】
ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６まで形成されると、次に、その基板をＭＢＥ装置から取り出してＭＯＣＶＤ装置に装着する。そして、ＭＯＣＶＤ装置内において、ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６上に、ｎ−ＧａＡｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを１ペアとし、２５ペアで構成される上部ＤＢＲミラー１７を形成する（ステップＳ２０８、図４（ｉ））。
【００６５】
続いて、ＭＯＣＶＤ装置内において、上部ＤＢＲミラー１７上にｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８を形成してから（ステップＳ２０９、図４（ｊ））基板を取り出し、従来の製造方法と同様に適当な装置を用いて、メサポストの形成、電流狭窄領域の形成、ＳｉＮ膜の形成、電極の形成、配線層の形成など、面発光レーザ素子として機能するための処理工程を順次実施する（ステップＳ２１０）。
【００６６】
以上に説明したとおり、実施の形態２にかかる面発光レーザ素子の製造方法によれば、下部ＤＢＲミラー１２の最上層に位置する１ペアをＭＢＥ装置内で形成するので、再成長界面をその１ペア分だけ活性層から遠ざけることができる。これにより、再成長面に残留していた不純物が分散によって活性層まで到達する確率を低下させることができ、結果的に、従来と比べて、素子の光出力特性を向上させることが可能になる。さらに、再成長界面をＣＢｒ4とＡｓＨ3とを伴ったサーマルクリーニングによって得ることで、実施の形態１による効果も享受することができる。特にその場合、素子のＬ−Ｉ特性において、閾値電流値を約３０％低減させることが可能になった。
【００６７】
なお、以上に説明した実施の形態２では、ＭＢＥ装置内で形成される下部ＤＢＲミラーの一部を１ペアのみとしたが、複数ペアでもよい。
【００６８】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３にかかる面発光レーザ素子の製造方法について説明する。実施の形態３にかかる面発光レーザ素子の製造方法は、ＭＯＣＶＤ装置内で、下部ＤＢＲミラー上に不純物フリーな酸化膜を作成し、ＭＢＥ装置内で、その酸化膜を除去することを特徴としている。
【００６９】
図６は、実施の形態３にかかる面発光レーザ素子の製造方法を示すフローチャートであり、特にメサポスト部分の積層構造の形成方法を示している。また、図７はそのフローチャートに基づいた積層構造の形成過程を示す積層工程図である。
【００７０】
まず、ＭＯＣＶＤ装置内において、ｐ−ＧａＡｓ基板１１上に、ｐ−ＧａＡｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを１ペアとして、それを２９ペア分積層した下部ＤＢＲミラー１２ａを形成する（ステップＳ３０１、図７（ａ））。
【００７１】
次に、ＭＯＣＶＤ装置内に純粋酸素を流し込む。この処理により、下部ＤＢＲミラー１２ａ表面に酸化膜３１が形成される（ステップＳ３０２、図７（ｂ））。この酸化膜３１は、ＭＯＣＶＤ装置内という清浄な雰囲気中で形成されるため、不純物フリーで膜厚も数モノレイヤーに抑制することができる。
【００７２】
次に、ＭＯＣＶＤ装置から基板を取り出し、取り出した基板をＭＢＥ装置内に装着する。この際、基板は、ＭＯＣＶＤ装置からＭＢＥ装置へと搬送される際に大気暴露されるが、上記ステップＳ３０２において、積層膜表面がすでに不純物のない酸化膜３１に覆われているため、自然酸化膜は、この酸化膜３１上に形成される。
【００７３】
次に、ＭＢＥ装置内のＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴：Electron CyclotronResonance）装置で生成された水素プラズマ、あるいはタングステンフィラメントからの熱電子放出による水素分子解離装置（ラジカルガン）により生成された原子状水素を、基板表面、すなわち酸化膜３１表面に向けて照射する。この原子状水素の照射によって、基板表面の酸化膜３１が除去される（ステップＳ３０３、図７（ｃ））。
【００７４】
なお、この水素プラズマや原子状水素の照射による酸化膜３１の除去は、気相中へと最初にＡｓ酸化物が脱離し、次にＧａ酸化物が脱離するという２段階で進行する。この処理は基板温度を約４００℃と比較的低い温度で行なわれるために、表面モフォロジー（結晶性）が維持された状態で、かつ清浄な再成長界面を得ることができる。
【００７５】
次に、ＭＢＥ法によりＡｌ組成の異なる１ペアのＡｌＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓの下部ＤＢＲミラー１２ｂを形成する。これによって全体で３０ペアの下部ＤＢＲミラー１２が形成される（ステップＳ３０４、図７（ｄ））。これにより、再成長界面を活性層から遠ざけて不純物の影響を低減させるという実施の形態２の作用および効果を享受することができる。
【００７６】
下部ＤＢＲミラー１２ｂにつづく積層工程は実施の形態１と同様である。すなわち、ＭＢＥ装置内において、下部ＤＢＲミラー１２ｂ上にｐ−ＡｌＡｓを結晶成長させることにより電流狭窄層１３を形成する（ステップＳ３０５、図７（ｅ））。そして、電流狭窄層１３上に、順に、ｐ−ＧａＡｓクラッド層１４、ＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y井戸層を有する多重量子井戸構造の活性層１５、ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６を形成する（ステップＳ３０６〜Ｓ３０８、図７（ｆ）〜（ｈ））。
【００７７】
ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６まで形成されると、次に、その基板をＭＢＥ装置から取り出してＭＯＣＶＤ装置に装着する。そして、ＭＯＣＶＤ装置内において、ｎ−ＧａＡｓクラッド層１６上に、ｎ−ＧａＡｓ／Ａｌ0.9Ｇａ0.1Ａｓを１ペアとし、２５ペアで構成される上部ＤＢＲミラー１７を形成する（ステップＳ３０９、図７（ｉ））。
【００７８】
続いて、ＭＯＣＶＤ装置内において、上部ＤＢＲミラー１７上にｎ−ＧａＡｓコンタクト層１８を形成した後（ステップＳ３１０、図７（ｊ））、基板を取り出し、従来の製造方法と同様に適当な装置を用いて、メサポストの形成、電流狭窄領域の形成、ＳｉＮ膜の形成、電極の形成、配線層の形成など、面発光レーザ素子として機能するための処理工程を順次実施する（ステップＳ３１１）。
【００７９】
以上に説明したとおり、実施の形態３にかかる面発光レーザ素子の製造方法によれば、ＭＯＣＶＤ装置内で再成長界面を不純物フリーの酸化膜３１で覆った後に基板を大気中に暴露するので、自然酸化膜は不純物フリーの酸化膜３１上に形成され、その自然酸化膜に含有した不純物が下部ＤＢＲミラー１２ａ表面に分散するのを防ぐことができる。また、ＭＢＥ装置内でその酸化膜３１を水素プラズマあるいは原子状水素の照射によって除去するので、清浄な下部ＤＢＲミラー１２ａ表面を得ることができる。さらに、下部ＤＢＲミラー１２の最上層の１ペアをＭＢＥ装置内で形成することで、実施の形態２による効果も享受することができる。特にその場合、素子のＬ−Ｉ特性において、閾値電流値を約５０％低減させることが可能になった。
【００８０】
なお、以上に説明した実施の形態１〜３において、ＡｓＨ3に替えてＡｓ（砒素）を用いても上記同様の効果を享受することができる。また、上記した活性層１５は、ＧａＩｎＮＡｓ（Ｓｂ）井戸層を有する単一または多重量子井戸構造、ＧａＩｎＳｂ井戸層を有する単一または多重量子井戸構造、ＩｎＡｓ単一または多重量子ドット構造などであってもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明にかかる面発光半導体レーザ素子の製造方法によれば、分子線エピタキシー装置内でサーマルクリーニングを行うことにより下部半導体多層膜反射鏡上に形成された自然酸化物を除去し、さらにそのサーマルクリーニングの際にＣＢｒ4を流し込むことで、下部半導体多層膜反射鏡表面の一部をエッチングするので、下部半導体多層膜反射鏡表面に残留していた不純物を除去することができ、清浄な下部半導体多層膜反射鏡表面（再成長界面）を得ることができるという効果を奏する。
【００８２】
また、本発明にかかる面発光半導体レーザ素子の製造方法によれば、サーマルクリーニング時に、さらに従来同様にＡｓＨ3やＡｓを流し込むことで、上記エッチングによって露出した基板からＡｓが脱離されるのを防ぐことができるという効果を奏する。
【００８３】
また、本発明にかかる面発光半導体レーザ素子の製造方法によれば、下部半導体多層膜反射鏡の最上層に位置する数ペアを分子線エピタキシー装置内で形成するので、再成長界面をその数ペア分だけ活性層から遠ざけることができ、再成長面に残留していた不純物の悪影響を低減させることができるという効果を奏する。
【００８４】
また、本発明にかかる面発光半導体レーザ素子の製造方法によれば、有機金属気相成長装置内において再成長界面を不純物フリーの酸化膜３１で覆った後に、基板を大気中に暴露するので、自然酸化膜は不純物フリーの酸化膜３１上に形成され、その自然酸化膜に含有した不純物が下部半導体多層膜反射鏡に分散するのを防ぐことができ、また、分子線エピタキシー装置内でその酸化膜を原子状水素等の照射によって除去するので、清浄な下部半導体多層膜反射鏡の表面を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる面発光レーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】実施の形態１にかかる面発光レーザ素子の製造方法のうち、積層構造の形成過程を示す積層工程図である。
【図３】ＧａＡｓ基板とＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓ基板のそれぞれに対してＣＢｒ4を照射した際のエッチング速度とＣＢｒ4の圧力との関係を示したグラフである。
【図４】実施の形態２にかかる面発光レーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態２にかかる面発光レーザ素子の製造方法のうち、積層構造の形成過程を示す積層工程図である。
【図６】実施の形態３にかかる面発光レーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態３にかかる面発光レーザ素子の製造方法のうち、積層構造の形成過程を示す積層工程図である。
【図８】活性層をＧａxＩｎ1-xＮyＡｓ1-y量子井戸構造とした従来の面発光レーザ素子の断面斜視図である。
【図９】従来の面発光レーザ素子の製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】従来の面発光レーザ素子の製造方法のうち、積層構造の形成過程を示す積層工程図である。
【符号の説明】
１１  ｐ−ＧａＡｓ基板
１２  下部半導体多層膜反射鏡
１３  電流狭窄層
１４  ｐ−ＧａＡｓクラッド層
１５  活性層
１６  ｎ−ＧａＡｓクラッド層
１７  上部半導体多層膜反射鏡
１８  ｎ−ＧａＡｓコンタクト層
２０  メサポスト
２１  ＡｌＡｓ層
２２  Ａｌ酸化層
２４  ｎ側電極
２５  配線層
２６  ｐ側電極
２７  円筒状溝
３０  自然酸化膜
３１  酸化膜
１００  面発光半導体レーザ素子
【図１】
2004207500.tif 000003
【図２】
2004207500.tif 000004
【図３】
2004207500.tif 000005
【図４】
2004207500.tif 000006
【図５】
2004207500.tif 000007
【図６】
2004207500.tif 000008
【図７】
2004207500.tif 000009
【図８】
2004207500.tif 000010
【図９】
2004207500.tif 000011
【図１０】
2004207500.tif 000012