(57)【要約】【課題】良好な結晶品質の化合物半導体結晶を得ることができる化合物半導体の結晶成長方法を提供する。【解決手段】本発明の結晶成長方法は、有機金属気相成長法により窒化物原料を用いてＶ族元素中に窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法であって、少なくともＩＩＩ族元素の原料を反応室に供給する前に、前記窒化物原料を当該反応室に供給し、前記反応室に前記窒化物原料を供給してから所与の期間Ｔ１経過後に、当該反応室に前記ＩＩＩ族元素の原料の供給を開始することを含む。【選択図】        図４
2004165348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属気相成長法により窒化物原料を用いてＶ族元素中に窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法であって、
少なくともＩＩＩ族元素の原料を反応室に供給する前に、前記窒化物原料を当該反応室に供給し、
前記反応室に前記窒化物原料を供給してから所与の期間経過後に、当該反応室に前記ＩＩＩ族元素の原料の供給を開始することを含む、化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項２】
有機金属気相成長法により窒化物原料を用いてＶ族元素中に窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法であって、
前記窒化物原料を反応室に供給する前に、ＩＩＩ族元素の原料の当該反応室への供給を停止し、
前記反応室に前記窒化物原料を供給してから所与の期間経過後に、当該反応室に前記ＩＩＩ族元素の原料の供給を再開始することを含む、化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記期間は、前記反応室内に層状の気流が発生するまでの時間とされる、化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記期間は、前記反応室内の圧力変動が安定化するまでの時間とされる、化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項５】
請求項１または２において、
前記期間は、供給直後の前記窒化物原料が前記反応室から排出されるまでの時間とされる、化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、少なくともガリウムおよび窒素を構成元素中に含む、化合物半導体の結晶成長方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の化合物半導体の結晶成長方法を含む、発光素子の製造方法。
【請求項８】
請求項７において、
前記発光素子は、少なくとも半導体発光ダイオード、面発光型半導体レーザー、およびストライプレーザーのいずれかである、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、化合物半導体の結晶成長方法および発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
インターネットの普及に伴い、ＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ  Ｔｏ  Ｔｈｅ  Ｈｏｍｅ）と言われるように各家庭内への光ファイバの敷設が進められている。このような家庭内などの非幹線系光通信では、幹線系の光通信（基地局間の光通信）とは異なり、低コスト、低消費電力であることが重視される。そのため、これまで幹線系の光通信で用いられてきた光通信機器をそのまま家庭内などの非幹線系光通信に用いることはできない。
【０００３】
幹線系においては、例えば、発振波長１．３μｍ帯の半導体レーザとして、一般にＩｎＧａＡｓＰを用いた半導体レーザが用いられている。しかし、近年、この半導体レーザに置き換わる安価で消費電力が小さい発光素子として、窒素を原料に含む例えば、ＧａＩｎＮＡｓなどを用いた発振波長１．３μｍ帯の半導体レーザの開発が盛んに行われている。例えば、ＧａＩｎＮＡｓを用いた発振波長１．３μｍ帯の半導体レーザは、安価で消費電力が小さいという利点がある。特に、ＧａＩｎＮＡｓ結晶を用いた１．３μｍ帯半導体レーザは、従来の発光素子の使用に必要であったペルチェ素子などの温度制御素子が不要となることから、現在最も有力な１．３μｍ帯半導体レーザ用材料と考えられている。また、その他の発振波長帯の半導体レーザーの分野においても例えば、ＧａＮなどを用いた短波長帯半導体レーザーなど窒素を構成元素に含む化合物半導体が注目されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２３８６８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、良好な結晶品質の化合物半導体結晶を得ることができる化合物半導体の結晶成長方法を提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、かかる化合物半導体の結晶成長方法を適用した発光素子の製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明の化合物半導体の結晶成長方法は、
有機金属気相成長法により窒化物原料を用いてＶ族元素中に窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法であって、
少なくともＩＩＩ族元素の原料を反応室に供給する前に、前記窒化物原料を当該反応室に供給し、
前記反応室に前記窒化物原料を供給してから所与の期間経過後に、当該反応室に前記ＩＩＩ族元素の原料の供給を開始することを含む。
【０００８】
一般に、窒化物原料を用いてＶ族元素中に窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる場合には、ＩＩＩ族元素の原料に対して十分に大きな流量の窒化物原料を反応室に供給する必要がある。
【０００９】
そこで、本発明では、ＩＩＩ族元素の原料を反応室に供給する前に、窒化物原料を反応室内に供給しておく。このとき反応室内では、Ｖ族元素の原料と反応するＩＩＩ族元素が反応室内に供給されていないため、化合物半導体が成長しない非成長状態となっている。そして、所与の期間経過後にＩＩＩ族元素の原料の供給を開始して化合物半導体の結晶成長を行うことによって、上記したような反応室内の気流の乱れによるエピタキシャル膜の結晶品質への悪影響を防止することができ、例えば、構成元素の面内分布の均一性に優れた良好な結晶品質の化合物半導体結晶を得ることができる。
【００１０】
（２）本発明の化合物半導体の結晶成長方法は、
有機金属気相成長法により窒化物原料を用いてＶ族元素中に窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を結晶成長させる方法であって、
前記窒化物原料を反応室に供給する前に、ＩＩＩ族元素の原料の当該反応室への供給を停止し、
前記反応室に前記窒化物原料を供給してから所与の期間経過後に、当該反応室に前記ＩＩＩ族元素の原料の供給を再開始することを含む。
【００１１】
本発明によれば、窒化物原料の供給の前に、一旦、ＩＩＩ族元素の原料の供給を停止して、反応室内を非成長状態としてから窒化物原料の供給を行う。これにより、大流量の窒化物原料が反応室内に導入されて、急激な流量変化によって反応室内に気流の乱れが生じても、所与の期間を経過する間はＩＩＩ族元素の原料供給が停止されているため、結晶成長が行われない。従って、本発明においても、その期間経過後にＩＩＩ族元素の原料の供給を再開始してかかる化合物半導体の結晶成長を行うことによって、上記した反応室内の気流の乱れによるエピタキシャル膜の結晶品質への悪影響を防止することができ、例えば、構成元素の面内分布の均一性に優れた良好な結晶品質の化合物半導体結晶を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の結晶成長方法においては、窒化物原料の供給開始からＩＩＩ族元素の原料の供給を再開始するまでの期間は、以下のように設定することができる。
【００１３】
（Ａ）前記期間を、前記反応室内に層状の気流が発生するまでの時間とすることができる。
【００１４】
かかる態様によれば、反応室内に渦や乱流のような乱れの無い状況で結晶成長を行うことができ、良好な結晶品質の結晶を得ることができる。
【００１５】
なお、かかる態様においては、少なくとも反応室内に装填された例えば、基板などの被成膜体の付近に層状の気流が発生すればよい。
【００１６】
（Ｂ）前記期間を、前記反応室内の圧力変動が安定化するまでの時間とすることができる。
【００１７】
かかる態様においても、圧力変動が安定化した状態では、反応室内に渦や乱流のような乱れが少ないと考えられるため、良好な結晶品質の結晶を得ることができる。
【００１８】
（Ｃ）前記期間を、供給直後の前記窒化物原料が前記反応室から排出されるまでの時間とすることができる。
【００１９】
かかる態様によれば、窒化物原料の供給直後においては、急激な流量変化のため、反応室内に気流の乱れが発生するが、かかる供給直後の窒化物原料が反応室から排出された状態では、かかる乱れが十分に解消されていると考えられる。このため、かかる態様においても、渦や乱流などの乱れが少ない状態で結晶成長を行うことができ、良好な結晶品質の結晶を得ることができる。
【００２０】
なお、以上に述べた本発明の結晶成長方法は、少なくともガリウムおよび窒素を構成元素に含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長に適用することができる。このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮＡｓなどが挙げられる。
【００２１】
また、本発明の結晶成長方法は、発光素子の製造方法に適用することができる。かかる製造方法においては、前記発光素子として、少なくとも半導体発光ダイオード、面発光型半導体レーザー、およびストライプレーザーのいずれかを形成することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に好適な実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
［第１の実施形態］
第１の実施形態においては、窒素をＶ族元素として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてＧａＩｎＮＡｓを結晶成長する場合を例にとり説明する。
【００２４】
１．ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法
１−１．製造装置
以下、本実施の形態に係るＧａＩｎＮＡｓの結晶成長方法に適用されるＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置について説明する。図１は、ＭＯＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
【００２５】
ＭＯＣＶＤ装置１００は、反応室１０と第１〜第４の原料室２０，２２，２４，２６とを有する。反応室１０の周囲には、反応室１０内の基板５０の温度を制御するためのヒーター４０が設けられている。第１〜第４の原料室２０，２２，２４，２６のそれぞれと、反応室１０とは、原料供給ライン３１により接続されている。この原料供給ライン３１には、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）が供給されている。
【００２６】
また、ＭＯＣＶＤ装置１００は、第１の排気ライン３２と、第２の排気ライン３９とを有する。第１の排気ライン３２は、主として反応室１０への原料の流量を制御するために用いられる。第２の排気ライン３９は、主として反応室１０から余剰原料や不純物を除去するために用いられる。
【００２７】
また、ＭＯＣＶＤ装置１００は、原料供給ライン３１における原料の流量を制御するためのダミーライン３４を有する。ダミーライン３４は、接続切替機構３６によって原料供給ライン３１または第１の排気ライン３２のいずれかに接続されてキャリアガスたる水素（Ｈ２）を供給可能に設けられている。
【００２８】
また、ＭＯＣＶＤ装置１００において、原料供給ライン３１と第１の排気ライン３２との間には、差圧計３８が設けられており、これにより原料供給ライン３１と第１の排気ライン３２との差圧をモニターしながら、反応室１０に導入される原料の流量をコントロールすることができる。
【００２９】
第１原料室２０には、ガリウム原料２０ａが充填されている。ガリウム原料２０ａとしては、例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリエチルガリウム（ＴＥＧａ）を挙げることができる。
【００３０】
第２原料室２２には、インジウム原料２２ａが充填されている。インジウム原料２２ａとしては、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）を挙げることができる。
【００３１】
第３原料室２４には、窒素原料２４ａが充填されている。窒素原料２４ａとしては、ジメチルヒドラジン（ＤＭＨｙ）、モノメチルヒドラジン（ＭＭＨｙ）を挙げることができる。
【００３２】
第４原料室２６には、ヒ素原料２６ａが充填されている。ヒ素原料２６ａとしては、ターシャリーブチルアルシン（ＴＢＡｓ）を挙げることができる。
【００３３】
また、第１〜第４の原料室２０，２２，２４，２６からは、供給準備ライン３３を通じて原料が供給される。この供給準備ライン３３は、接続切替機構３５によって原料供給ライン３１または第１の廃棄ライン３２のいずれかに接続可能に設けられている。
【００３４】
また、必要に応じて、ヒ素原料としてのアルシン（ＡｓＨ３）ガスが充填された第５原料室２８を設けて原料供給ライン３７によりアルシンを反応室１０内に導入可能にしてもよい。
【００３５】
ここで、各原料室２０，２２，２４，２６から反応室１０への原料ガスの流量制御は、以下のように行われる。
【００３６】
図２（Ａ）は、反応室１０へ原料ガスを供給している状態での各ラインの接続関係を示している。かかる場合においては、供給準備ライン３３から供給される原料ガスと同量の水素（Ｈ２）ガスがダミーライン３４から供給される。このとき、接続切替機構３５は、供給準備ライン３３を原料供給ライン３１に接続し、接続切替機構３６は、ダミーライン３４を第１の排気ライン３２に接続する。これにより、原料供給ライン３１の流量と第１の排気ライン３２の流量とは、ほぼ等しくなり、ライン間には差圧が生じない。このため、反応室１０内部では、層状の気流（層流）１５が発生している状態となる。
【００３７】
図２（Ｂ）は、反応室１０への原料ガスの供給を停止した状態での各ラインの接続関係を示している。かかる場合においても、供給準備ライン３３から供給される原料ガスと同量の水素（Ｈ２）ガスがダミーライン３４から供給される。このとき、接続切替機構３５は、供給準備ライン３３を第１の排気ライン３２に接続し、接続切替機構３６は、ダミーライン３４を原料供給ライン３１に接続する。これにより、原料供給ライン３１の流量と第１の排気ライン３２の流量とは、ほぼ等しくなり、ライン間に差圧が生じない。このため、反応室１０内部には気流の乱れが発生せず、引き続き反応室１０の気流状態を層状の気流（層流）１５に保つことができる。
【００３８】
このように、ＭＯＣＶＤ装置１００においては、反応室１０内で乱れの少ない層状の気流（層流）１５を作るように原料の流量の制御または反応室１０内の圧力の制御を行っている。なお、反応室１０での結晶成長に際して、良好な結晶品質の膜を得るためには、少なくとも反応室１０内に装填された例えば、基板などの被成膜体の付近に層状の気流（層流）１５が発生していればよい。
【００３９】
１−２．  ＧａＩｎＮＡｓ層の形成方法
第１〜第４原料室２０，２２，２４，２６に充填されている原料２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａは、それぞれ、キャリアガスとしての水素（Ｈ２）によりバブリングされ、反応室１０に導入される。なお、ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長の際に、第５の原料室２８に充填されたアルシンガスを、キャリアガスの水素ともに反応室１０に導入してもよい。そして、それぞれの原料２０ａ，２２ａ，２４ａ，２６ａは、反応室１０において熱分解され、基板（例えば、ＧａＡｓ基板）５０上に堆積し、図３に示すようにＧａＩｎＮＡｓ層６０が形成される。なお、ＧａＩｎＮＡｓの組成比は、一般に、Ｇａ１−ｘＩｎｘＮｙＡｓ１−ｙで表される。
【００４０】
ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長の際、供給される原料において、ＩＩＩ族（Ｇａ、Ｉｎ）原料の流量に対するＶ族（Ｎ、Ａｓ）原料の流量は、例えば、数倍から数百倍とすることができる。また、砒素原料（ＡｓＨ３またはＴＢＡｓ）の流量に対する窒化物原料（ＤＭＨｙまたはＭＭＨｙ）の流量は、数十倍から数百倍とすることができる。ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長時の基板温度は、例えば、４００℃〜７００とすることができる。また、反応室１０内の圧力は、例えば、１００ｍｂａｒ程度とすることができる。また、反応室１０内への各原料の流量の制御は、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示したように行われる。
【００４１】
ここで、ＧａＩｎＮＡｓの結晶成長の際には、図４に示すようなタイムチャートに従って、各原料が反応室１０に供給されていく。まず、ＩＩＩ族（Ｇａ、Ｉｎ）原料の供給に先立って、Ｖ族（Ａｓ、Ｎ）原料である砒素原料（例えば、ＡｓＨ３またはＴＢＡｓ）および窒化物原料（ＤＭＨｙまたはＭＭＨｙ）を反応室１０に供給する。なお、かかるＶ族原料の供給タイミングについては、砒素原料および窒化物原料を同時に供給してもよいし、いずれかを先行して供給してもよい。
【００４２】
このとき、反応室１０内には、大量のＶ族原料が供給されることにより、圧力変動が生じる。図５は、ＧａＩｎＮＡｓ結晶の結晶成長において最も大量に供給される窒化物原料（ＤＭＨｙまたはＭＭＨｙ）の供給のＯＮ／ＯＦＦを繰返し行ったときの反応室１０内の圧力変動を調べた結果を示す図である。
【００４３】
図５によれば、窒化物原料（ＤＭＨｙまたはＭＭＨｙ）を反応室１０に供給すると、急峻な圧力変動が生じている。これは、反応室１０内で生じている層状の気流（層流）を乱し、渦流や乱流が生じることを示している。このように、窒化物原料の流量は、ＩＩＩ族原料の流量の数十倍から数万倍に達するため、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示したように、反応室１０への流量を制御して、圧力変動を緩和する手法を用いるのみでは、反応室１０内への原料供給により生じる圧力衝撃を十分に緩和することができない。仮に、このような状態のまま結晶成長を行うとすれば、かかる圧力衝撃によって結晶界面が劣化し、結晶内の構成元素の均一性に望ましからぬ影響を与えるおそれがある。しかし、図５によれば、窒化物原料の供給を開始してから時間Ｔ１が経過した後では、圧力変動はほとんど見られない。すなわち、時間Ｔ１が経過した後では、反応室１０内には層状の気流（層流）が発生していると考えることができる。また、かかる時間Ｔ１は、反応室１０への供給直後の窒化物原料のガスが第２の排気ライン３９から排出されるまでの時間ととらえることもできる。
【００４４】
そこで、本実施形態に係る結晶成長方法では、図４に示すように、少なくとも窒化物原料を反応室に供給し始めてから時間Ｔ１の間は、ＩＩＩ族元素（Ｇａ、Ｉｎ）の原料の供給を開始しないで、反応室１０内を非成長状態に保っておく。そして、かかる時間Ｔ１を経過後にＩＩＩ族元素（Ｇａ、Ｉｎ）の原料の供給を開始することで、反応室１０内に乱れのない層状の気流（層流）が発生している状態でＧａＩｎＮＡｓの結晶成長を行い、良好な結晶品質のＧａＩｎＮＡｓ結晶を得ることができる。
【００４５】
［第２の実施形態］
２．ＧａＡｓ／ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸の結晶成長方法
以下、第２の実施形態に係る化合物半導体の結晶成長方法として、ＧａＡｓ層／ＧａＩｎＮＡｓ層／ＧａＡｓ層からなる量子井戸構造を形成する場合を例にとり説明する。
【００４６】
本実施形態では、第１の実施形態と同様に、図１に示されるＭＯＣＶＤ装置１００を用いて各層の結晶成長を行うことができる。
【００４７】
具体的には、図６に示すように、基板（例えば、ＧａＡｓ基板）５０上にＧａＡｓバリア層７０、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層８０、およびＧａＡｓ層バリア層９０を順次積層することにより量子井戸構造を形成することができる。
【００４８】
本実施の形態に係る化合物半導体の結晶成長方法では、図７に示すタイムチャートに従って、各原料が反応室１０へ供給される。なお、各原料の供給開始、供給停止に伴う反応室１０内の流量変化については、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示した機構を用いて制御される。
【００４９】
まず、図７に示すように、砒素原料（例えば、ＡｓＨ３またはＴＢＡｓ）およびガリウム原料（例えば、ＴＭＧａまたはＴＥＧａ）を反応室１０に供給し、基板５０上にＧａＡｓバリア層７０を形成する。
【００５０】
次に、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層８０を形成する工程に移るが、本実施の形態に係る結晶成長方法では、この工程に移る際に、一度ＩＩＩ族元素の原料であるガリウム原料（ＴＭＧａまたはＴＥＧａ）の供給を停止する。これにより反応室１０内は、Ｖ族元素の原料である砒素原料（ＡｓＨ３またはＴＢＡｓ）のみが供給されていて非成長状態となっている。
【００５１】
そして、上記したようにガリウム原料（ＴＭＧａまたはＴＥＧａ）の供給を停止した後、もしくは停止とともに、窒化物原料（ＤＭＨｙまたはＭＭＨｙ）の供給を開始する。このとき、反応室１０内には、大流量の原料ガスが流れ込むことにより、図５で示したような圧力変動が生じる。そこで、第１の実施形態の場合と同様に、かかる圧力変動が安定化して反応室１０内に層状の気流が発生する時間Ｔ１を経過した後に、図７に示すように、ＩＩＩ族原料であるガリウム原料（ＴＭＧａまたはＴＥＧａ）およびインジウム原料（ＴＭＩｎまたはＴＥＩｎ）の供給を開始してＧａＩｎＮＡｓ井戸層８０を形成する。
【００５２】
次に、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層８０の上にＧａＡｓバリア層９０を形成する工程に移るが、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層８０の結晶成長中には、反応室１０内に大量の窒化物原料（ＤＭＨｙまたはＭＭＨｙ）が供給されているので、かかる窒化物原料の供給を停止した直後にも、図５に示すような圧力変動が生じ、反応室１０内に気流の乱れが発生する。
【００５３】
そこで、本実施の形態に係る結晶成長方法では、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層８０の上にＧａＡｓバリア層９０を形成するに当たって、窒化物原料（ＤＭＨｙまたはＭＭＨｙ）の供給を停止する時に、ＩＩＩ族元素（Ｇａ、Ｉｎ）の原料も停止し、反応室１０内を非成長状態にする。そして、その後圧力変動が安定化する時間Ｔ２を経過してからガリウム原料（ＴＭＧａまたはＴＥＧａ）の供給を開始する。なお、時間Ｔ２については、反応室１０内から窒化物原料のガスが第２の排気ライン３９を通じて排出されるまでの時間ととらえることもできる。従って、窒化物原料の供給を停止してから時間Ｔ２経過後にガリウム原料の供給を開始することによって、反応室１０内に層状の気流（層流）が発生している状態でＧａＡｓバリア層９０の結晶成長を行うことができる。
【００５４】
このように、本実施の形態に係る結晶成長方法においても、反応室１０内に乱れのない層状の気流（層流）が発生している状態でＧａＡｓバリア層７０，９０およびＧａＩｎＮＡｓ井戸層８０の結晶成長を行うことで、良好な結晶品質の層を有する量子井戸構造を得ることができる。
【００５５】
［第３の実施形態］
３．発光素子の製造方法
以下、第３の実施形態に係る発光素子の製造方法を説明する。なお、発光素子として、ストライプレーザおよび面発光型レーザを例にとり説明する。
【００５６】
３−１．  ストライプレーザの製造方法
以下、実施の形態に係るストライプレーザの製造方法について説明する。図８は、実施の形態に係るストライプレーザの製造工程を模式的に示す断面図である。
【００５７】
まず、図８（Ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板２１０上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、ｎ型バッファ層２２０、ｎ型クラッド層２２２およびバリア層２２４を順次積層する。
【００５８】
ｎ型バッファ層２２０は、例えば、シリコンがドープされたｎ型ＧａＡｓからなる。ｎ型クラッド層２２２は、例えば、シリコンがドープされたｎ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる。ｎ型クラッド層２２２の厚さは、例えば、１５００ｎｍとすることができる。バリア層２２４は、例えば、ＧａＡｓからなる。バリア層２２４の厚さは、例えば、１００ｎｍとすることができる。
【００５９】
なお、ｎ型バッファ層２２０、ｎ型クラッド層２２２およびバリア層２２４のそれぞれは、その層を構成する原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成されることができる。この場合において、基板温度は例えば、５００〜８００℃であり、反応室の圧力は１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。アルミニウム原料は、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡａ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡａ）である。シリコン原料は、例えば、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）、モノシラン（ＳｉＨ４）であることができる。ガリウム原料および砒素原料は、本実施の形態で示したものを挙げることができる。
【００６０】
次に、井戸層としてのＧａＩｎＮＡｓ層２３０を形成する。ＧａＩｎＮＡｓ層２３０の組成比は、例えば、Ｇａ０．６５Ｉｎ０．３５Ｎ０．０１Ａｓ０．９９であることができる。バリア層２２４の上にＧａＩｎＮＡｓ層２３０を形成する手法としては、第２の実施形態に係るＧａＡｓ／ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造の結晶成長方法を用いることができる。ＧａＩｎＮＡｓ層２３０の厚さは、例えば、１０ｎｍとすることができる。
【００６１】
次に、ＧａＩｎＮＡｓ層２３０の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、バリア層２４０、ｐ型クラッド層２４２およびｐ型コンタクト層２４４を順次積層する。このとき、ＧａＩｎＮＡｓ層２３０の上にバリア層２４０を形成する手法としては、第２の実施形態に係るＧａＡｓ／ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造の結晶成長方法を用いることができる。
【００６２】
バリア層２４０は、例えば、ＧａＡｓからなる。バリア層２４０の厚さは、例えば、１００ｎｍとすることができる。ｐ型クラッド層２４２は、例えば、Ｚｎがドープされたｐ型Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ａｓからなる。ｐ型クラッド層２４２の厚さは、例えば、１５００ｎｍとすることができる。ｐ型コンタクト層２４４は、例えば、ＺｎがドープされたＧａＡｓからなる。ｐ型コンタクト層２４４の厚さは、例えば、５０ｎｍとすることができる。
【００６３】
なお、バリア層２４０、ｐ型クラッド層２４２およびｐ型コンタクト層２４４のそれぞれは、その層を構成する原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成されることができる。この場合、基板温度は例えば、５００〜８００℃であり、反応室の圧力は１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。ドープ材料としての亜鉛原料は、例えば、ジエチルジンク（ＤＥＺｎ）、ジメチルジンク（ＤＭＺｎ）を用いることができる。アルミニウム原料、ガリウム原料および砒素原料は、上記で例示したものを用いることができる。
【００６４】
次に、図８（Ｂ）に示すように、ｐ型コンタクト層２４４の上に、公知の方法により、絶縁層２５０を形成する。絶縁層２５０は、ストライプ状の貫通孔２５２を有する。貫通孔２５２の幅は、例えば、５μｍとすることができる。絶縁層２５０は、例えば、酸化シリコンからなる。
【００６５】
次に、ｐ型コンタクト層２４４および絶縁層２５０の上に、蒸着法により、金属膜からなるｐ電極２６０を形成する。ｐ電極は、例えば、Ｃｒ膜、ＡｕＺｎ膜、Ａｕ膜が順次積層された構造を採用することができる。
【００６６】
次に、ｎ型ＧａＡｓ基板２１０の裏面を、例えば、１００μｍの厚さにまで研磨する。次に、ｎ型ＧａＡｓ基板２１０の裏面に、蒸着法により、金属膜からなるｎ電極２６２を形成する。ｎ電極２６２は、例えば、Ｃｒ膜、ＡｕＧｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜が積層された構造を採用することができる。こうして、ストライプレーザ２００を形成することができる。
【００６７】
以上のようにして形成されたストライプレーザ２００は、次の効果を有する。
【００６８】
このストライプレーザのバリア層２２４、井戸層２３０、バリア層２４０から構成される量子井戸構造は、第２の実施の形態で説明した結晶成長方法により形成されている。このため、良好な結晶品質の層からなるＧａＡｓ／ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造を形成することができる。その結果、優れた特性のストライプレーザを製造することができる。
【００６９】
３−２．  面発光型半導体レーザの製造方法
以下、実施の形態に係る面発光半導体レーザ（以下「面発光レーザ」という）の製造方法について説明する。図９および図１０は、実施の形態に係る面発光レーザの製造工程を模式的に示す断面図である。
【００７０】
まず、図９（Ａ）に示すように、ｎ型ＧａＡｓ基板３１０上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、バッファ層３２０、ｎ型下部ＤＢＲミラー３２２、ｎ型クラッド層３２４およびバリア層３２６を順次積層する。
【００７１】
バッファ層３２０は、例えば、シリコンがドープされたＧａＡｓからなることができる。ｎ型下部ＤＢＲミラー３２２は、例えば、ｎ型ＧａＡｓ層と、ｎ型ＡｌＡｓ層とが交互に積層された３５ペアの分布反射型多層膜ミラーからなることができる。ｎ型ＧａＡｓ層およびｎ型ＡｌＡｓ層のそれぞれの厚さは、面発光レーザの発振波長の１／４に相当する厚さであることができる。ｎ型クラッド層は、例えば、シリコンがドープされたＡｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなることができる。バリア層３２６は、例えば、ＧａＡｓからなることができる。
【００７２】
なお、バッファ層３２０、ｎ型下部ＤＢＲミラー３２２、ｎ型クラッド層３２４およびバリア層３２６のそれぞれは、その層を構成する原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成されることができる。この場合、基板温度を例えば、５００〜８００℃とし、反応室の圧力を１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。なお、ガリウム原料およびヒ素原料は、上記で示したものを適用することができる。アルミニウムの原料およびシリコンの原料は、ストライプレーザの製造方法で示したものを挙げることができる。
【００７３】
次に、井戸層としてのＧａＩｎＮＡｓ層３３０を形成する。ＧａＩｎＮＡｓ層３３０の組成比は、Ｇａ０．６５Ｉｎ０．３５Ｎ０．０１Ａｓ０．９９とすることができる。バリア層３２６の上にＧａＩｎＮＡｓ層３３０を形成する手法としては、第２の実施形態に係るＧａＡｓ／ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造の結晶成長方法を用いることができる。ＧａＩｎＮＡｓ層３３０の厚さは、例えば、１０ｎｍとすることができる。
【００７４】
次に、ＧａＩｎＮＡｓ層３３０の上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を利用して、組成を変調させながらエピタキシャル成長させることにより、バリア層３４０、ｐ型クラッド層３４２、ｐ型上部ＤＢＲミラー３４４およびｐ型コンタクト層３４６を順次積層する。このとき、ＧａＩｎＮＡｓ層３３０の上にバリア層３４０を形成する手法として、第２の実施形態に係るＧａＡｓ／ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造の結晶成長方法を用いることができる。
【００７５】
バリア層３４０は、例えば、ＧａＡｓからなることができる。ｐ型クラッド層３４２は、例えば、亜鉛がドープされたｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ａｓからなることができる。ｐ型上部ＤＢＲミラー３４４は、例えば、ｐ型ＧａＡｓ層とｐ型ＡｌＡｓ層とが交互に積層された２３ペアの分布反射方多層膜ミラーからなることができる。ｐ型ＧａＡｓ層およびｐ型ＡｌＡｓ層のそれぞれの厚さは、面発光レーザの発振波長の１／４に相当する厚さとすることができる。ｐ型コンタクト層３４６は、例えば、亜鉛がドープされたｐ型ＧａＡｓからなることができる。ｐ型コンタクト層３４６の厚さは、例えば、５０ｎｍとすることができる。
【００７６】
なお、バッファ層３４０、ｐ型クラッド層３４２、ｐ型下部ＤＢＲミラー３４４およびｐ型コンタクト層３４６のそれぞれは、その層の構成原子の原料を反応室に導入し、熱分解することにより形成されることができる。この場合、基板温度を例えば、５００〜８００℃とし、反応室の圧力を１００ｍｂａｒ（１０４Ｐａ）とすることができる。なお、ガリウム原料およびヒ素原料は、上記で示したものを適用することができる。アルミニウムの原料および亜鉛の原料は、ストライプレーザの製造方法で示したものを挙げることができる。
【００７７】
次に、図９（Ｂ）に示すように、公知のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、ｐ型コンタクト層３４６およびｐ型ＤＢＲミラー３４４をパターニングして柱状部３７２を形成する。これにより、面発光レーザの共振器３７０が形成される。次に、図１０に示すように、柱状部３７２の周囲に、絶縁層（例えば、ポリイミド層）３５０を形成する。具体的には、ポリイミドを塗布し、硬化させた後、平坦化することにより、絶縁層３５０を形成することができる。
【００７８】
次に、柱状部３７２および絶縁層３５０の上に、公知の方法により、第１電極３６０を形成する。第１電極は、ストライプレーザにおけるｐ電極２６０と同様の金属膜からなることができる。次に、ｎ型ＧａＡｓ基板３１０の裏面に、公知の方法により、第２電極３６２を形成する。第２電極３６２は、ストライプレーザにおけるｎ電極２６２と同様の金属膜からなることができる。こうして、面発光レーザ３００を形成することができる。
【００７９】
以上のようにして形成された面発光レーザ３００は、次の効果を有する。
【００８０】
この面発光レーザのバリア層３２６、ＧａＩｎＮＡｓ井戸層３３０、およびバリア層３４０は、第２の実施形態に係るＧａＡｓ／ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造の結晶成長方法により形成されている。このため、各層の結晶品質が良好な量子井戸構造を形成することができる。その結果、優れた特性の面発光レーザを製造することができる。
【００８１】
また、ＧａＩｎＮＡｓ層３３０により構成される面発光レーザ３００によれば、長波長帯域（例えば、１３００〜１５５０ｎｍ）のレーザを実現することができる。
【００８２】
以上に、本発明に好適な実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の態様を取り得る。
【００８３】
例えば、第１の実施形態では、ＧａＩｎＮＡｓを結晶成長する場合を例に取り説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくともガリウムおよび窒素を構成元素に含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長に適用することができる。このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮＡｓなどが挙げられる。
【００８４】
また、例えば、第２の実施形態では、ＧａＡｓ／ＧａＩｎＮＡｓ／ＧａＡｓ量子井戸構造を結晶成長する場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、井戸層に少なくともガリウムおよび窒素を構成元素に含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を採用する量子井戸構造の結晶成長に適用することができる。このようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としては、上記と同様のものが例示できる。
【００８５】
また、例えば、第３の実施形態では、発光素子として、ストライプレーザーおよび面発光レーザーを形成する場合を例に取り説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、活性層に少なくともガリウムおよび窒素を構成元素に含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を採用する発光ダイオードの製造方法にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＯＣＶＤ装置を模式的に示す図である。
【図２】ＭＯＣＶＤ装置の流量の制御機構を説明するための図である。
【図３】化合物半導体の結晶成長工程を模式的に示す断面図である。
【図４】化合物半導体の結晶成長工程のタイムチャートを示す図である。
【図５】ＭＯＣＶＤ装置の反応室の圧力変動履歴を示す図である。
【図６】量子井戸構造の結晶成長工程を模式的に示す断面図である。
【図７】量子井戸構造の結晶成長工程のタイムチャートを示す図である。
【図８】ストライプレーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図９】面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【図１０】面発光レーザーの製造工程を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１０  反応室、２０  第１原料室、２２  第２原料室、２４  第３原料室、２６第４原料室、２８  第５原料室、３１，３７  原料供給ライン、３２  第１の排気ライン、３３  供給準備ライン、３４  ダミーライン、３５，３６  接続切替機構、３８  差圧計、４０  ヒーター、５０  基板、１００  ＭＯＣＶＤ装置
【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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