(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素と、少なくとも一種類の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、熱処理する際、５０℃／秒以上、５００℃／秒以下の昇温速度で５５０℃以上の温度に昇温する第一の工程と、５５０℃以上、９００℃以下の保持温度で保持する第二の工程と、を有することを特徴とする結晶の熱処理方法。
【請求項２】
前記の第一の工程における昇温速度は１００℃／秒以上、３００℃／秒以下であり、第二の工程における保持温度が６００℃以上、７００℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の結晶の熱処理方法。
【請求項３】
前記の第一の工程における昇温時の到達温度が、第二の工程における保持温度よりも高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の結晶の熱処理方法。
【請求項４】
前記の第一の工程における昇温時の到達温度が、第二の工程における保持温度よりも１００℃以上高く、１２００℃以下であることを特徴とする請求項３に記載の結晶の熱処理方法。
【請求項５】
前記の第一の工程における昇温時の到達温度が、第二の工程における保持温度の１５％以上高い温度であり、１２００℃以下であることを特徴とする請求項３に記載の結晶の熱処理方法。
【請求項６】
前記の第二の工程における一定温度での保持時間が、１０秒以上、３０分以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の結晶の熱処理方法。
【請求項７】
窒素と、少なくとも一種類以上の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を熱処理する際、５０℃／秒以上、５００℃／秒以下の昇温速度で５５０℃以上の温度に昇温する第三の工程とこれに引き続いて降温する第四の工程とを複数回実施することを特徴とする結晶の熱処理方法。
【請求項８】
前記の第三の工程における昇温時の到達温度と、前記の第四の工程における降温時の到達温度との差が１００℃以上であることを特徴とする請求項７に記載の結晶の熱処理方法。
【請求項９】
前記の、窒素と、少なくとも一種類の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、そのＩＩＩ族組成としてインジウムを含み、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に隣接して、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と同一のインジウム組成を有し、かつＶ族組成として窒素を含まない他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を配置して、請求項１乃至８のいずれかに記載の熱処理を行ってなることを特徴とする結晶の熱処理方法。
【請求項１０】
前記の、窒素と、少なくとも一種類の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に、ＩＩＩ族組成としてインジウムとアルミニウムを含んでなることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の結晶の熱処理方法。
【請求項１１】
前記の、窒素と、少なくとも一種類の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を備えた化合物半導体積層構造上に、熱膨張係数が異なる物質が積層されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の結晶の熱処理方法。
【請求項１２】
前記の、熱膨張係数が異なる物質は、ＳｉＮx、ＳｉＯx、ＡｌxＯy、ＡｌxＮyから選ばれてなることを特徴とする請求項１１に記載の結晶の熱処理方法。
【請求項１３】
前記の、窒素以外のＶ族元素は、砒素、燐、アンチモンの内から一種類以上選ばれてなることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の結晶の熱処理方法。
【請求項１４】
前記の、窒素と、少なくとも一種類の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、基板温度５５０℃以下で成長されてなることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の結晶の熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒素と、少なくとも一種類の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶の熱処理方法、及びその半導体結晶を用いた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の利用分野を大きく広げる新しい材料系として、Ｖ族組成として窒素以外のＶ族元素（砒素，隣，アンチモン等）と数％程度の窒素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物混晶半導体材料が提案された。窒素以外の砒素，隣，アンチモン等のＶ族元素と窒素とは、原子半径（窒素：０．０７０ｎｍに対し、砒素：０．１１８ｎｍ，隣：０．１１０ｎｍ，アンチモン：０．１３６ｎｍ）や、電気陰性度（窒素：３．５に対し、砒素：２．４，隣：２．５，アンチモン：２．１）が大きく異なることから、窒素以外のＶ族元素と窒素とを混晶化することにより特異な物性が生じる。例えばＧａＩｎＮＡｓ（窒素混晶比〜数％）の場合、ＧａＩｎＡｓに、それよりも禁制帯幅の大きなＧａＩｎＮを数％程度混晶化したものと考えられるが、混晶化に伴う禁制帯幅の変化のボーイングが非常に大きく、禁制帯幅の大きな系を数％混晶化しているにもかかわらず混晶化に伴って禁制帯幅が急激に狭くなる現象が見られる。
【０００３】
このようにして得られるＧａＩｎＮＡｓは、安価で良質なＧａＡｓ基板に概ね格子整合させつつ光ファイバー通信に重要な１．３μｍ，１．５５μｍ，あるいはそれよりも長波長で発光する発光デバイスの発光層に利用することができ、工業的に重要である。
【０００４】
特開平６−３７３５５号公報（第一従来例）、Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．１０，ＮＯ．４，Ａｐｒｉｌ１９９８，Ｐａｇｅ４８７（第二従来例）には、上記の点がより具体的に示されている。第一従来例においては、ＧａＡｓ基板に格子整合する新しい半導体材料としてＧａ1-yＩｎyＮzＡｓ1-z（ｚ〜０．０４）系混晶が示され、それまでは不可能であったＧａＡｓ基板上への長波長帯（１．３〜１．５５μｍ）の半導体レーザの作製を可能とする技術が開示されている。
【０００５】
また、第二従来例においては、活性層をＧａ0.7Ｉｎ0.3Ｎ0.01Ａｓ0.99から成る量子井戸層とＧａＡｓから成るガイド層とで構成し、これをＡｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓから成る上下クラッド層で挟んだ半導体レーザ構造をＧａＡｓ基板上に作製し、ＧａＡｓ基板との格子整合系で構築された半導体レーザとしては初めて波長１．３１μｍにおける室温連続発振が報告されている。
【０００６】
このような窒素と窒素以外のＶ族元素を両方含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料が近年まで積極的に取り上げられてこなかった理由は、結晶成長の困難さにある。窒素と窒素以外のＶ族元素（砒素，隣，アンチモン等）との混晶系には非常に大きな非混和領域（ミシビリティギャップ）があり、熱平衡状態では安定な混晶系を作らない。この為、結晶成長方法には、非平衡な状態で結晶成長が進行する、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ）法、や有機金属気相成長（ＭＯ−ＣＶＤ）法が用いられる。また、より非平衡な状態で結晶成長が進行するよう、結晶成長時の成長温度として、４００〜５５０℃付近という比較的低温で結晶が作製される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のＧａＩｎＮＡｓを活性層に用いた半導体レーザの例をはじめとして、この様な新規の化合物半導体を半導体レーザの活性層に用いた場合、窒素を混晶化しない化合物半導体を活性層に用いて同等の構成を作製した場合と比較し、必ずしも良好な発光特性が得られるとは限らない。
【０００８】
例えば、前述の第二従来例が示された文献においては、窒素を混晶化しないＧａＩｎＡｓを活性層（量子井戸）に用いた場合と、窒素を混晶化したＧａＩｎＮＡｓを活性層に用いた場合とで同様の構成の半導体レーザを作製して比較した結果として、窒素を１％混晶化した場合には発振閾値電流が約４倍に増加し、効率は約３分の２に低下することから、窒素をほんの少し混晶化した材料の発光効率は著しく劣化することが報告されている。
【０００９】
その原因の一つとして、従来の結晶成長方法で作製される結晶の結晶性が十分に良いとは言えない点を指摘することができる。前述の如く、この材料系における大きな非混和領域の影響を回避する為、熱力学的に非平衡な状態で結晶成長が進行するよう、結晶成長温度を比較的低温として結晶成長が行われてきた。通常、ＧａＮ等のＶ族元素に窒素だけを含む窒化物系半導体材料の結晶成長には１０００℃付近の高温で良質の結晶が作製できることと比較し、わずかではあるものの窒素を組成に含む材料系としては非常に低い成長温度と言える。
【００１０】
Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．７２，Ｍａｒｃｈ１９９８，Ｐａｇｅ１４０９（第三従来例）には、このように低温で成長された結晶を高温で熱処理（アニール）することによって発光特性が向上するとの実験結果が示された。しかしながら、本願発明者の検討によると、作製された結晶を単に高温で保持して熱処理するだけでは、ある程度の結晶性の向上は確認出来るものの、窒素を含まない材料系と比較して、発光特性をはじめとする結晶性が依然として大きく劣ることに変わりがないことが判明した。
【００１１】
本発明は上記の問題を解決することを目的としたものである。つまり、前述のＧａＩｎＮＡｓを始めとする窒素と窒素以外のＶ族元素とを混晶化したＩＩＩ−Ｖ族化合物混晶半導体材料の様に、結晶中に窒素を数％程度混晶化する材料の結晶成長において、発光特性に優れた結晶を得る為の熱処理方法を提供するものである。また、優れた特性を有する半導体装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、窒素と、少なくとも一種類の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、熱処理する際、５０℃／秒以上、５００℃／秒以下の昇温速度で５５０℃以上の温度に昇温する第一の工程と、５５０℃以上、９００℃以下の保持温度で保持する第二の工程と、を有することによって、上記目的を達成する。
【００１３】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、
前記の第一の工程における昇温速度が１００℃／秒以上、３００℃／秒以下であり、
第二の工程における保持温度が６００℃以上、７００℃以下であることによって、上記の目的を達成する。
【００１４】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、
前記の第一の工程における昇温時の到達温度が、第二の工程における保持温度よりも高いことによって、上記の目的を達成する。
【００１５】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、
前記の第一の工程における昇温時の到達温度が、第二の工程における保持温度よりも１００℃以上高く、１２００℃以下であることによって、上記の目的を達成する。
【００１６】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、
前記の第一の工程における昇温時の到達温度が、第二の工程における保持温度の１５％以上高い温度であり、１２００℃以下であることによって、上記の目的を達成する。
【００１７】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、
前記の第二の工程における一定温度での保持時間が、１０秒以上、３０分以下であることによって、上記の目的を達成する。
【００１８】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、窒素と、少なくとも一種類以上の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を熱処理する際、５０℃／秒以上、５００℃／秒以下の昇温速度で５５０℃以上の温度に昇温する第三の工程とこれに引き続いて降温する第四の工程とを複数回以上実施することによって、上記の目的を達成する。
【００１９】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、
前記の第三の工程における昇温時の到達温度と、前記の第四の工程における降温時の到達温度との差が１００℃以上であることによって、上記の目的を達成する。
【００２０】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、前記の、窒素と、少なくとも一種類の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、そのＩＩＩ族組成としてインジウムを含み、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に隣接して、該ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と同一のインジウム組成を有し、かつＶ族組成として窒素を含まない他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を配置して、上述のいずれかの熱処理を行ってなることによって、上記の目的を達成する。
【００２１】
本発明に係る結晶の成長方法は、
前記の、窒素と、少なくとも一種類の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に、ＩＩＩ族組成としてインジウムとアルミニウムを含んでなることによって、上記の目的を達成する。
【００２２】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、
前記の、窒素と、少なくとも一種類の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を備えた化合物半導体積層構造上に、熱膨張係数が異なる物質が積層されていることによって、上記の目的を達成する。
【００２３】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、
前記の、熱膨張係数が異なる物質が、ＳｉＮx、ＳｉＯx、ＡｌxＯy、ＡｌxＮyから選ばれてなることによって、上記の目的を達成する。
【００２４】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、
前記の、窒素以外のＶ族元素が、砒素、燐、アンチモンの内から一種類以上選ばれてなることによって、上記の目的を達成する。
【００２５】
本発明に係る結晶の熱処理方法は、
前記の、窒素と、少なくとも一種類の窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が、基板温度５５０℃以下で成長されてなることによって、上記の目的を達成する。
【００２９】
以下、本発明の作用について説明する。
【００３０】
本発明の結晶の熱処理方法は、ＧａＩｎＮＡｓをはじめとする、窒素と、窒素以外のＶ族元素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の熱処理において、一定値以上の急速な昇温と、それに引き続く高温での温度保持が効果的であることを見い出したものである。
【００３１】
急速に昇温を行った場合、膜内部に熱的なストレスがかかり、熱歪が生じる。特に、窒素は、砒素，燐，アンチモンといった他のＶ族元素とは原子半径が大きく異なることから、窒素原子周辺への歪が大きいものと思われる。
【００３２】
この時に膜中に蓄えられる歪エネルギーは、ＧａＩｎＮＡｓ結晶中で大きな結合エネルギーを持つＮ−Ｇａ結合やＮ−Ｉｎ結合の格子位置の変位をもたらせるのに十分なエネルギーであり、単に加熱処理するだけのアニールよりもＧａＩｎＮＡｓ混晶中の欠陥,空格子を消滅させるのに効果的となるものである。
【００３３】
また、その後、一定時間の加熱保持によって格子を熱平衡状態に近い状態に落ち着かせる工程を導入するのが望ましい。
【００３４】
更には、昇温時の到達温度を、その後の保持温度よりも高くする方法、急速昇温とそれに引き続く降温とを複数回のサイクルで実施する方法、熱膨張係数が異なる物質を積層して上記のプロセスを実施する方法などの変形により、上記の作用を更に効果的に得ることが出来るものである。
【００３５】
また、上記の熱処理方法を、活性層が一種類以上の窒素以外のＶ族元素と（好ましくは０．５％以上の）窒素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる半導体レーザ構造にすることによって、１／Ｌ→０（ただしＬは共振器長）における閾値電流密度Ｊthが０．２ｋＡ／ｃｍ2以下であるものが実現されるである。
【００３６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法により、図１に示す積層構造１１を作製した。これは、ＧａＡｓ（１００）基板１２の上に、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなる下バリア層１３を１μｍ、Ｇａ0.7Ｉｎ0.3Ａｓ0.99Ｎ0.01からなる発光層１４を６ｎｍ、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなる上バリア層１５を０．１μｍ積層したものである。
【００３７】
ＭＢＥ法においては、窒素原料としてＮ２ガスをプラズマにより活性化したラジカルビームを用いた。Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓのそれぞれの原料として、固体ソースの金属Ａｌ，金属Ｇａ，金属Ｉｎ，金属Ａｓを用いた。結晶成長時の基板温度は４５０℃とした。また、この時の成長レートは１．０μｍ／時間とした。
【００３８】
作製した積層構造１をＭＢＥ装置の成長室から大気中に取り出し、図２に示す構造のランプアニール装置にて熱処理を施した。熱処理時のランプアニール装置のチャンバー２５の内部の圧力は大気圧とし、窒素ガス雰囲気での加熱処理を行った。熱処理時の工程を図３に示す。温度Ｔ３０（＝室温）からＴ３１（到達温度）にまで、時間ｔ３０からｔ３１をかけて昇温した。（Ｔ３１−Ｔ３０）／（ｔ３１−ｔ３０）が、昇温速度に相当する。
【００３９】
引き続いて、時間ｔ３１からｔ３２までの間、温度Ｔ３１（保持温度）にて温度を保持し、その後、温度Ｔ３１からＴ３０（＝室温）にまで時間ｔ３２からｔ３３までの時間をかけて降温した。ここで、昇温速度（Ｔ３１−Ｔ３０）／（ｔ３１−ｔ３０）として３℃／秒から７００℃／秒まで変化させ、かつ到達温度あるいは保持温度Ｔ３１を６００℃に固定し、保持時間（ｔ３２−ｔ３１）を６０秒に固定した場合の熱処理前後のフォトルミネッセンスの発光強度の変化を調べた結果を図４に示す。
【００４０】
また、昇温速度（Ｔ３１−Ｔ３０）／（ｔ３１−ｔ３０）を３００℃／秒に固定し、到達温度あるいは保持温度Ｔ３１を４５０℃から１０００℃の範囲で変化させ、保持時間（ｔ３２−ｔ３１）を６０秒に固定した場合の熱処理前後のフォトルミネッセンスの発光強度の変化を調べた結果を図５に示す。
【００４１】
図４および５から、非熱処理時と比較し、熱処理により、フォトルミネッセンスの発光強度が向上するわけであるが、それは、昇温速度と、到達温度あるいは保持温度で示される熱処理温度とに、大きく依存することがわかる。
【００４２】
つまり、図４より、昇温速度が５０℃／秒よりも遅い場合にも発光強度の増加は見られているものの、昇温速度を５０℃／秒以上、５００℃／秒以下とすることにより、フォトルミネッセンスの発光強度がより大きく向上することがわかる。特に、１００℃／秒以上、３００℃／秒以下とすることによって顕著となっている。
【００４３】
また、図５により、５５０℃以上、９００℃以下の温度での保持によりフォトルミネッセンスの発光強度が大きく向上することがわかる。特に、６００℃以上、７００℃以下とすることによって顕著となっている。
【００４４】
上記のＧａＩｎＮＡｓなどの窒素以外のＶ族元素と窒素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶成長においては、窒化物と砒化物との相分離を回避する為に、基板温度５５０℃以下の低温で成長されるわけであるが、低温で成長された結晶には結晶欠陥や空格子が多く含まれており、それらを消滅させるために加熱処理を行うのが効果的である。
【００４５】
しかし、一般に窒化物は砒化物よりも分解温度（あるいは昇華温度）が高いことからもわかるように、結晶中のＮ−Ｇａ結合やＮ−Ｉｎ結合は、Ａｓ−Ｇａ結合やＡｓ−Ｉｎ結合よりも結合が強く、通常の砒化物が熱処理される条件で加熱したとしても、Ｎ−Ｇａ結合やＮ−Ｉｎ結合の再配列は生じにくく、特に結晶の窒素組成が高い場合には完全な結晶性の向上には至らない。
【００４６】
ここで通常の砒化物が熱処理される温度よりも高い温度で熱処理すればＮ−Ｇａ結合やＮ−Ｉｎ結合の再配列も期待出来るが、その場合、Ａｓ−Ｇａ結合やＡｓ−Ｉｎ結合にとっては温度が高過ぎ、結晶中からのＡｓの蒸発やＩｎやドーパントの熱拡散等の問題が生じる。
【００４７】
図４，５を参照しながら示したように、本願発明者は、低温で結晶成長されたＧａＩｎＮＡｓをはじめとする、窒素以外のＶ族元素と窒素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の熱処理による結晶性の回復には、一定値以上の急速な昇温と、それに引き続く高温での温度保持が効果的であることを見い出した。
【００４８】
急速に昇温を行った場合、膜内部に熱的なストレスがかかり、熱歪が生じる。特に、窒素は、砒素，燐，アンチモンといった他のＶ族元素とは原子半径が大きく異なることから、窒素原子周辺への歪が大きいものと思われる。この時に膜中に蓄えられる歪エネルギーは、ＧａＩｎＮＡｓ結晶中のＮ−Ｇａ結合やＮ−Ｉｎ結合の格子位置の変位をもたらせるのに十分なエネルギーであり、単に加熱処理するだけのアニールよりもＧａＩｎＮＡｓ混晶中の欠陥,空格子を消滅させるのに効果的である。
【００４９】
また、その後、一定時間の加熱保持によって格子を熱平衡状態に近い状態に落ち着かせる工程を導入するのが望ましい。なお、昇温が５００℃／秒を越えて急過ぎる場合や、昇温後の加熱保持温度が長すぎる場合には、Ａｓ−Ｇａ結合やＡｓ−Ｉｎ結合の分解による表面の荒れが生じるので望ましくない。
【００５０】
また、昇温後の加熱保持時間（ｔ３２−ｔ３１）は１０秒以上、３０分以下の範囲が好ましかった。この時間が１０秒よりも短い場合、結晶中のストレスが十分に開放されず、発光特性の向上が見られなかった。逆に３０分よりも長い場合には、結晶表面の荒れが見られ、更には、結晶中のドーパントや比較的熱拡散しやすいＩｎ等の熱拡散が激しくなる為、望ましくない結果であった。
【００５１】
（実施の形態２）
実施形態１で述べた方法と同じ方法にて作製した積層構造を、実施形態１にて用いた同じランプアニール装置により熱処理を施した。ただし、ここでは、ＭＢＥ法による結晶成長時の成長温度を５２０℃に変更した。熱処理時のランプアニール装置内の圧力は０．６ＭＰａとし、アルゴンガス雰囲気での加熱処理を行った。熱処理時の工程を図６に示す。温度Ｔ６０（＝室温）からＴ６１にまで、時間ｔ６０からｔ６１の間に昇温した。（Ｔ６１−Ｔ６０）／（ｔ６１−ｔ６０）が、昇温速度に相当する。温度Ｔ６１にまで急速昇温した後、すぐに温度Ｔ６２にまで降温し、時間ｔ６２からｔ６３までの間、温度Ｔ６２にて温度を保持し、その後、温度Ｔ６２からＴ６０（＝室温）にまで時間ｔ６３からｔ６４の間に降温した。
【００５２】
ここで、昇温速度（Ｔ６１−Ｔ６０）／（ｔ６１−ｔ６０）は３００℃／秒に固定し、到達温度Ｔ６１として６００℃から１３００℃の範囲で変化させ、その後の保持温度Ｔ６２は６００℃に、保持時間（ｔ６３−ｔ６２）を５分間に固定した固定した。熱処理前後のフォトルミネッセンスの発光強度の変化を調べた結果を図７に示す。比較のため、昇温速度（Ｔ６１−Ｔ６０）／（ｔ６１−ｔ６０）を１０℃／秒とした結果も同時に示している。
【００５３】
図７に示すように、昇温速度（Ｔ６１−Ｔ６０）／（ｔ６１−ｔ６０）については１０℃／秒とした場合よりも３００℃／秒とした場合の方が発光強度が向上している点は実施形態１と同様である。一方、昇温速度を３００℃／秒とした場合について、到達温度Ｔ６１に着目してみると、Ｔ６１を７００℃以上、つまりその後の保持温度Ｔ６２よりも１００℃以上、高くし、かつ１２００℃以下とした場合に発光強度が更に増加することがわかる。ここで、到達温度Ｔ６１は保持温度Ｔ６２よりも１００℃以上高い場合に効果が見られたとしたが、種々の保持温度にて検討した結果、到達温度Ｔ６１は保持温度の１５％以上高い温度であればよいことが確認された。
【００５４】
このように、一旦、急速昇温時の到達温度Ｔ６１を、その後の保持温度Ｔ６２よりも高くすることにより、実施形態１で述べた膜中に蓄えられる歪エネルギーを更に大きくする効果があり、より発光特性の向上が達成されるものである。なお、昇温速度を５０〜５００℃／秒、保持温度を５５０〜９００℃の範囲で、上記の例と他の値を選んだ場合においても、上記の結果は同様であった。
【００５５】
（実施の形態３）
ＭＯ−ＣＶＤ（有機金属気相成長）法により、積層構造を作製した。積層構造は、図１に示したものと同様であるが、材料が異なっている。ここでの積層構造１１は、ＧａＡｓ（１００）基板１２の上に、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる下バリア層１３を１μｍ、（Ａｌ0.05Ｇａ0.95）0.5Ｉｎ0.5Ｐ0.99Ｎ0.01からなる発光層１４を７ｎｍ、（Ａｌ0.5Ｇａ0.5）0.5Ｉｎ0.5Ｐからなる上バリア層１５を０．１μｍ積層したものである。
【００５６】
ＭＯ−ＣＶＤ法においては、窒素原料としてＤＭｅＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用いた。Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐのそれぞれの原料として、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＰＨ3（フォスフィン）を用いた。結晶成長時の基板温度は５５０℃とした。また、この時の成長レートは０．５μｍ／時間とした。
【００５７】
作製した積層構造をＭＯ−ＣＶＤ装置の成長室から大気中に取り出し、ランプアニール装置にて熱処理を施した。熱処理時のランプアニール装置内の圧力は１０-4Ｐａの真空中での加熱処理を行った。熱処理時の工程を図８（ａ）に示す。
【００５８】
温度Ｔ８０（＝室温）からＴ８１にまで、時間ｔ８０からｔ８１の間に昇温した。（Ｔ８１−Ｔ８０）／（ｔ８１−ｔ８０）が、昇温速度に相当する。温度Ｔ８１にまで急速昇温した後、すぐに温度Ｔ８２にまで降温し、再び温度Ｔ８１にまで昇温するサイクルを３回繰り返し、その後、温度Ｔ８１にて時間ｔ８３からｔ８４までの間、温度Ｔ８１を保持した後、温度Ｔ８１からＴ８０（＝室温）にまで降温した。ここで、保持温度Ｔ８１は７００℃とし、保持時間（ｔ８４−ｔ８３）は３分間とした。
【００５９】
各昇温工程における昇温速度を５０℃／秒から５００℃／秒の範囲の急速昇温とすることにより、熱処理後のフォトルミネッセンスの発光強度は向上することがわかった。
【００６０】
また、図８（ｂ）には、温度Ｔ８１にまで急速昇温した後、温度Ｔ８２にまで一旦降温し、再び温度Ｔ８１にまで昇温するサイクルにおける、急速昇温、降温時の温度差（Ｔ８１−Ｔ８２）とフォトルミネッセンスの発光強度との相関を示す。ここでは、昇温速度を２００℃／秒に固定している。急速昇温、降温時の温度差（Ｔ８１−Ｔ８２）は、１００℃以上の大きな差とした場合にフォトルミネッセンスの発光強度はより向上する結果となった。これは、急速昇温、降温を複数回繰り返す工程を設けることにより、膜中に蓄えられる歪エネルギーを更に大きくする効果があるものである。
【００６１】
上記の実施形態３の変形例として、図９に示す温度プログラムも可能であった。すなわち、温度Ｔ９０（＝室温）から温度Ｔ９１にまで、時間ｔ９０からｔ９１の間に昇温した。（Ｔ９１−Ｔ９０）／（ｔ９１−ｔ９０）が、昇温速度に相当する。温度Ｔ９１にまで急速昇温した後、すぐに温度Ｔ９２にまで降温するサイクルを複数回繰り返し、その後、温度Ｔ９２にて時間ｔ９３からｔ９４までの間、温度Ｔ９２を保持し、Ｔ９２から温度Ｔ９０（＝室温）にまで降温するものである。
【００６２】
図８（ａ）と図９との違いは、昇温時の到達温度Ｔ８１あるいはＴ９１を、最後の保持温度と同程度とするか、より高くするか、であるが、実施形態２で述べた如く、保持温度よりも一時的に高い温度とすることはフォトルミネッセンスの発光強度をより向上させるのに効果があり、この変形例における図９の温度プログラムは、実施形態３における図８（ａ）の温度プログラムの場合よりも、フォトルミネッセンスの発光強度を更に向上させるのに効果的であった。
【００６３】
なお、図８（ａ）と図９の中間の温度プログラムも可能であることは言うまでもない。すなわち、図８（ａ）を例にとると、時間ｔ８３から時間ｔ８４までの保持温度を、温度Ｔ８１と温度Ｔ８２の中間の温度としても差し支えない。同様に図９を例にとると、時間ｔ９３から時間ｔ９４までの保持温度を、温度Ｔ９１と温度Ｔ９２の中間の温度としても差し支えない。
【００６４】
実施形態３の別の変形例として、図１０に示す温度プログラムも可能であった。すなわち、温度Ｔ１００（＝室温）から温度Ｔ１０１にまで、時間ｔ１００からｔ１０１の間に昇温した。（Ｔ１０１−Ｔ１００）／（ｔ１０１−ｔ１００）が、昇温速度に相当する。温度Ｔ１０１にまで急速昇温した後、すぐに温度Ｔ１０２にまで降温し、再び温度Ｔ１０１にまで昇温するサイクルを複数回繰り返し、その後、Ｔ１０１から温度Ｔ１００（＝室温）にまで降温するものである。
【００６５】
図８（ａ），９との違いは、この比較例では一定温度で保持する工程を設けていない点である。しかし、上記の昇降温サイクルを、他の実施形態あるいは変形例において一定温度に保持した時間と同程度の長時間繰り返すことにより、他の実施形態あるいは変形例において一定温度に保持したことと同等以上の作用・効果が得られている。この場合、温度Ｔ１０１と温度Ｔ１０２の平均温度が実効的に保持温度として寄与する。
【００６６】
なお、上記の実施形態３では、いずれの例においても、昇温・降温のサイクルを複数回繰り返す際に、その振幅（図８においてはＴ８１−Ｔ８２，図９においてはＴ９１−Ｔ９２，図１０においてはＴ１０１−Ｔ１０２）を一定とした例について説明した。ここで、昇温・降温のサイクルは必ずしも一定でなくても良いことは言うまでもない。例えば、図１１（ａ）に示すように振幅を徐々に変化させてもよいし、図１１（ｂ）に示すように無作為に変化させても差し支えない。
【００６７】
（実施の形態４）
ＭＯ−ＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシー）法により、積層構造を作製した。積層構造は、図１に示したものと同様であるが、材料が異なっている。ここでの積層構造１１は、ＧａＡｓ（１００）基板１２の上に、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなる下バリア層１３を１μｍ、ＧａＡｓ0.69Ｓｂ0.3Ｎ0.01からなる発光層１４を５ｎｍ、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ａｓからなる上バリア層１５を０．１μｍ積層したものである。
【００６８】
ＭＯ−ＭＢＥ法においては、窒素原料としてＭＭｅＨｙ（モノメチルヒドラジン）を用いた。Ａｌ，Ｇａ，Ａｓ，Ｓｂのそれぞれの原料として、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、固体Ａｓ2、固体Ｓｂを用いた。結晶成長時の基板温度は４５０℃とした。また、この時の成長レートは１．０μｍ／時間とした。
【００６９】
作製した積層構造をＭＯ−ＭＢＥ装置の成長室から大気中に取り出し、その積層構造の最上面の上に、スパッタ法により厚さ０．３μmの窒化珪素薄膜を堆積した。その後、ランプアニール装置にて熱処理を施した。熱処理時のランプアニール装置内の圧力は０．３ＭＰａの窒素ガスによる加圧雰囲気中での加熱処理とした。熱処理時の工程は図３に示すものと同じであり、Ｔ３１を６５０℃、（ｔ３１−ｔ３０）を２秒、（ｔ３２−ｔ３１）を４５秒とした。
【００７０】
図３の温度プログラムにて発光強度が著しく向上する点は既に実施形態１で述べた通りであるが、ここでは表面に窒化珪素薄膜を堆積している点に特徴がある。同じ熱処理方法にて、表面に窒化珪素薄膜が堆積されている場合と堆積されていない場合とで比較すると、堆積されている場合の方が５倍程度発光強度の増加幅が大きいことがわかった。これは、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体と窒化珪素膜との熱膨張係数が大きく異なるためであり、熱膨張係数が異なる薄膜を表面に堆積しておくことによってＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の積層膜中に蓄えられる歪エネルギーを更に大きくする効果があるものである。
【００７１】
なお、表面に堆積する材料は、窒化珪素（ＳｉＮx）に限らず、酸化珪素（ＳｉＯx）、酸化アルミニウム（ＡｌxＯy）、窒化アルミニウム（ＡｌxＮy）等の誘電体材料でも代用可能であった。
【００７２】
（実施の形態５）
ＣＢＥ（化学分子線エピタキシー）法により、積層構造を作製した。積層構造は、図１２に示すものである。ここでの積層構造１１１は、ＧａＡｓ（１００）基板１１２の上に、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる下バリア層１１３を１μm、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓ0.4Ｐ0.6からなる下中間層１１４を０．１μｍ、Ｇａ0.7Ｉｎ0.3Ｎ0.01Ａｓ0.99からなる発光層１１５を７ｎｍ、Ｉｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓ0.4Ｐ0.6からなる上中間層１１６を０．１μｍ、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ａｓからなる上バリア層１１７を０．５μm、積層したものである。
【００７３】
ＣＢＥ法においては、窒素原料としてラジカル励起されたＮＨ3を用いた。Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓ，Ｐのそれぞれの原料として、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＴＢＡｓ（ターシャリーブチルアルシン）、ＴＢＰ（ターシャリーブチルホスフィン）を用いた。結晶成長時の基板温度は４８０℃とした。また、この時の成長レートは１．０μｍ／時間とした。
【００７４】
作製した積層構造をＣＢＥ装置の成長室から大気中に取り出し、ランプアニール装置にて熱処理を施した。熱処理時のランプアニール装置内の圧力は０．１ＭＰａの窒素ガスによる雰囲気中での加熱処理とした。熱処理時の工程は図３に示すものと同じであり、Ｔ３１を９００℃、（ｔ３１−ｔ３０）を１５秒、（ｔ３２−ｔ３１）を１０秒とした。
【００７５】
図３の温度プログラムにて発光強度が著しく向上する点は既に実施形態１で述べた通りであるが、ここでは、発光層であるＧａＩｎＮＡｓに隣接して、ＩｎＧａＡｓＰからなる中間層を設けている点に特徴がある。同じ熱処理方法にて熱処理を施した後、中間層が設けられている場合と設けられていない場合とで室温におけるフォトルミネッセンスの半値全幅を比較すると、中間層が設けられている場合には半値全幅が２５ｍｅＶであったのに対し、中間層が設けられていない場合には４５ｍｅＶに広がっていた。
【００７６】
この発光の半値全幅は、この構造を用いて発光デバイスを作製した場合の発光効率と相関が強く、半値全幅は狭い方が望ましい。上記の中間層を設けていない場合には、ＧａＩｎＮＡｓ発光層中でもっとも容易に拡散しやすいＩｎが隣接する層に熱拡散するために、熱処理により量子井戸の界面がぼやけるため、半値全幅の広がりが生じる。
【００７７】
一方、ＩｎＧａＡｓＰからなる中間層が設けられている場合、ＧａＩｎＮＡｓからなる発光層とＩｎＧａＡｓＰからなる中間層とのＩｎ組成が同程度である時、ＧａＩｎＮＡｓ層とＩｎＧａＡｓＰ層との間でＩｎの相互拡散は生じないため、熱処理による量子井戸の界面がぼやけることなく、窒素以外のＶ族元素と窒素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶性を向上させるために熱処理を行っても半値全幅の広がりが生じないものである。
【００７８】
（実施の形態６）
ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法により、積層構造を作製した。積層構造は、図１に示すものである。ここでの積層構造１１は、ＧａＡｓ（１００）基板１２の上に、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓからなる下バリア層１３を１μm、Ａｌ0.05Ｇａ0.6Ｉｎ0.35Ｎ0.015Ａｓ0.985からなる発光層１４を７ｎｍ、Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓからなる上バリア層１５を０．５μm、積層したものである。
【００７９】
ＭＢＥ法においては、窒素原料としてＮＨ3を用いた。Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓのそれぞれの原料として、金属アルミニウム、金属ガリウム、金属インジウム、固体Ａｓ2を用いた。結晶成長時の基板温度は５００℃とした。また、この時の成長レートは２．０μｍ／時間とした。
【００８０】
作製した積層構造をＭＢＥ装置の成長室から大気中に取り出し、ランプアニール装置にて熱処理を施した。熱処理時のランプアニール装置内の圧力は１気圧の窒素ガスによる雰囲気中での加熱処理とした。熱処理時の工程は図３に示すものと同じであり、Ｔ３１を８００℃、（ｔ３１−ｔ３０）を１０秒、（ｔ３２−ｔ３１）を３０秒とした。
【００８１】
図３の温度プログラムにて発光強度が著しく向上する点は既に実施形態１で述べた通りであるが、ここでは、発光層のＩＩＩ族元素として、インジウムに加えてアルミニウムが含まれている点に特徴がある。実施形態５で述べた如く、発光層のＩＩＩ族元素としてインジウムが含まれている構造を熱処理した場合、容易に拡散しやすいＩｎが隣接する層に熱拡散するために、熱処理により量子井戸の界面がぼやけるため、発光の半値全幅の広がりが生じる。一方、本実施形態の場合には半値全幅の広がりが見られなかった。窒素や砒素といった周囲の元素との化学結合が強く拡散しにくいアルミニウムが含まれている場合には、インジウムの拡散も抑制される為、熱処理による量子井戸の界面がぼやけることなく、窒素以外のＶ族元素と窒素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶性を向上させるために熱処理を行っても発光の半値全幅の広がりが生じないものである。
【００８２】
（実施の形態７）
ここでは、ＧａＡｓ基板の上に、発振波長１．３μｍの半導体レーザを構成した例を示す。
【００８３】
（１００）面からなる表面を有するＧａＡｓ基板を準備し、その上に、固体ソースのＧａ，Ｉｎ，Ａｌ，Ａｓ、ガスソースのＭＭｅＨｙ（モノメチルヒドラジン）を備えた、ＭＢＥ法により結晶を成長した。また、伝導型制御の為のドーパントとして、固体Ｓｉをｎ型層作製時に、固体Ｂｅをｐ型層作製時に用いた。
【００８４】
図１３に示す半導体レーザ素子１２１を作製した。各部の詳細は次の通りである。
【００８５】
電極金属１３０    ：ｐ型側ＡｕＺｎ
電流狭窄層１２９  ：ポリイミド
コンタクト層１２８：ｐ型ＧａＡｓ，０．５μｍ
上クラッド層１２７：ｐ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ，１μｍ
井戸層１２６：ノンドープＧａ0.62Ｉｎ0.38Ｎ0.005Ａｓ0.995，６ｎｍ
ガイド層１２５：ノンドープＩｎ0.3Ｇａ0.7Ａｓ0.4Ｐ0.6，０．１μｍ
下クラッド層１２４：ｎ型Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ａｓ，１μｍ
基板１２３        ：ｎ型ＧａＡｓ
電極金属１２２    ：ｎ型側ＡｕＧｅ
ＭＢＥ法による結晶成長は、ガイド層と井戸層は基板温度４７０℃にて行い、他の各層は基板温度５５０℃で行った。成長速度は１μｍ／ｈｒとした。また、各層成長時には必要な原料をすべて同時に供給した。ＭＢＥ法により、図１３の構造のうち、基板１２３からコンタクト層１２８に至る各層を積層した後、作製した多層膜をＭＢＥ装置の成長室から大気中に取り出し、ランプアニール装置にて熱処理を施した。熱処理時のランプアニール装置内の圧力は大気圧とし、窒素ガス雰囲気での熱処理を行った。熱処理時の工程は図３に示すものと同じであり、Ｔ３１を４５０℃から１０００℃の範囲で、昇温速度（Ｔ３１−Ｔ３０）／（ｔ３１−ｔ３０）を３０℃／秒から７００℃／秒の範囲で変化させた。
【００８６】
熱処理の後、上クラッド層１２７の一部を幅２μｍ幅のストライプ状にエッチング加工してリッジ型導波路構造とし、リッジ側面にはポリイミドによる電流狭窄層１２９を施し、上下に電極１２２，１３０を形成して半導体レーザ素子１２１を完成させた。
【００８７】
このようにして作製した半導体レーザは、波長１．３μｍでレーザ発振した。図１４に、Ａ：熱処理を施していない半導体レーザと、Ｂ：昇温速度１００℃／秒，保持温度を７００℃で熱処理を施した半導体レーザの閾値電流密度Ｊthを示す。閾値電流密度Ｊthはレーザ共振器長Ｌによって変化する為、ここではその逆数１／Ｌの関数としてプロットしている。熱処理を施していない場合には、閾値電流密度Ｊthが２ｋＡ／ｃｍ2以上であったのに対し、昇温速度１００℃／秒，保持温度を７００℃、保持時間を１分間として熱処理を施した場合には１／Ｌ→０（つまり共振器長が無限大）に外挿した場合のＪthが０．２ｋＡ／ｃｍ2を下回るまでの低減が生じ、優れた特性を示すようになった。図１５に、１／Ｌ→０におけるＪth（１／Ｌ→０）と、昇温速度との相関について示す。ここでは、保持温度を７００℃、保持時間を１分間としている。また、図１６に、１／Ｌ→０におけるＪth（１／Ｌ→０）と、保持温度との相関について示す。ここでは、昇温速度を１００℃／秒、保持時間を１分間としている。実施形態１で説明した場合と同じく、昇温速度を５０℃／秒から５００℃／秒の範囲に、保持温度を５５０℃から９００℃の範囲にすることによって閾値電流密度は著しく低下し、本願発明の熱処理条件を用いることによって初めて０．２ｋＡ／ｃｍ2を下回るＪth（１／Ｌ→０）の半導体レーザを得ることが出来た。
【００８８】
半導体レーザを光ファイバー通信用の光源として使用する場合、波長を１．３μmあるいは１．５５μmに調節される。この波長を上記の実施例で示したＧａＩｎｎＡｓ混晶で得る為には、ＧａＩｎＮＡｓ混晶における窒素混晶比を少なくとも０．５％以上とすることが必須となる。ところが従来の課題で述べたように窒素を０．５％も混晶化するとＪthが著しく上昇してしまう。本願発明の熱処理方法をこの窒素混晶比０．５％以上のＧａＩｎＮＡｓ混晶に適用することにより、初めて窒素が混晶化されていない材料と同等の０．２ｋＡ／ｃｍ2以下のＪth（１／Ｌ→０）を実現することが出来るようになったものである。なお、同様の効果は、ＧａＩｎＮＡｓのみにかかわらず、任意の一種類以上の窒素以外のＶ族元素と窒素とを共にＶ族組成として含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体で生じるものである。
【００８９】
なお、ここでは、発光層である井戸層１２６に隣接して、ＩｎＧａＡｓＰからなるガイド層１２５を設けている。井戸層とガイド層とのＩｎ混晶比が同じであることから、井戸層から外部の層へのＩｎの拡散が生じることがない。ガイド層が、例えばＡｌＧａＡｓ等の他の材料からなる場合には、発振閾値電流の上昇と、発振効率の低下が確認された。
【００９０】
なお、上記の構成は、半導体レーザの積層構造の一例に過ぎず、クラッド層，ガイド層，障壁層等は、他の材料であってもよいことは言うまでもない。
【００９１】
なお、実施形態７では、実施形態１において具体的に示した熱処理方法を半導体レーザの製造に適用した場合について、その具体的な構成を説明した。一方、他の実施形態において具体的に示した熱処理方法、特に温度プログラムを適用して半導体レーザを製造することも可能であることは言うまでもない。
【００９２】
また、実施形態７においては端面発光型のファブリペローレーザについて説明した。半導体レーザの構成についてはこの構成に限定されるものではなく、端面発光型の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）、端面発光型の分布反射型半導体レーザ（ＤＢＲ−ＬＤ）、面発光レーザ、リングレーザ等の良く知られた半導体レーザを構成することが可能であることは言うまでもない。また、半導体レーザでなくても、発光ダイオードなどの種々の発光デバイス、光変調素子や光アンプなどの種々の光導波路素子、ホトディテクターなどの種々の受光素子、あるいは太陽電池などであってもよく、任意のホトニックデバイスに適用することができる。更には、ＨＢＴやＨＥＭＴなど、化合物半導体のヘテロ接合を積極的に利用する電子デバイスであってもよい。
【００９３】
なお、熱処理時の温度プログラムは、これまでに示してきた実施形態で具体的に示したものに限られるわけではなく、その他にも種々の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、熱処理時には温度プログラムとして、図１７（ａ）に示す滑らかに昇温する温度プラグラムや、（ｂ）に示す段階的に昇温速度を変更する温度プラグラムを用いることが出来る。図１７（ａ）に示すような滑らかに昇温を行う場合、昇温速度の勾配が最も急となる部分での傾き（ｄＴ／ｄｔ）が本願の昇温速度範囲に入っていれば、本願と同様の効果を得ることが出来る。それは、図１７（ｂ）についても同様である。
【００９４】
いずれの実施形態においても、窒素と窒素以外のＶ族元素をともに組成に有する層を発光層とする量子井戸構造を取り上げたが、本願発明は量子井戸構造のみならず、数μｍ以上に至る厚い層に対しても効果的であることは言うまでもない。
【００９５】
また、熱処理が施される窒素と窒素以外のＶ族元素を共に組成に有する層として、各実施形態においては、それぞれ異なる材料系の異なる組成について説明し、それらの材料はそれぞれ異なる結晶成長方法を用いて作製された場合について具体例を示したが、混晶材料系や結晶成長方法、更には結晶成長に用いられる原料系，基板温度や成長レートなどの結晶成長条件についても、各実施形態で示した特定の組み合わせに限定されるものではなく、任意の方法、パラメータ等を選ぶことができる。
【００９６】
特に窒素原料については、種々のアルキル化合物系窒素原料で代用することが可能である。また、熱処理時の温度プロファイル、昇温速度、到達温度、保持温度、雰囲気ガス、熱処理時の圧力等について、それぞれ個々の実施形態に特定の温度プロファイル、熱処理条件を取り上げて説明したが、これはそれぞれの実施形態での組み合わせに限定されるものではなく、本願発明の範囲であれば任意の値、任意の組み合わせで用いることが出来ることは言うまでもない。また、熱処理に用いる装置（熱処理炉，アニール炉）についても、任意の構成の装置を用いることが出来ることは言うまでもない。
【００９７】
本発明はこれまで示してきた実施形態のものに限定されるものではなく、別の基板を用いても同様の効果が得られる。例えばＩｎＰ，ＧａＰ，ＧａＡｓＰ，ＩｎＧａＡｓ基板などの種々のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体基板、ＺｎＳｅ，ＺｎＳ基板などのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体基板、Ｇｅ，Ｓｉ，ＳｉＣ基板などのＩＶ族半導体基板を用いることができる。特に、ＩｎＰ基板上のＩｎＡｓＰＮや、ＩｎＧａＡｓ基板上のＧａＩｎＮＡｓによる長波長発光材料については、長波長帯半導体レーザ用活性層材料として有望である。また、成長層の結晶組成，バンドギャップ波長，ヘテロ接合の組み合わせについても、実施形態に記述したものに限定されることはなく、任意の値，組み合わせに適宜変更することが可能である。
【００９８】
また、上記の実施形態ではＩＩＩ族元素としてＧａ，Ｉｎ，Ａｌ、Ｖ族元素としてＡｓ，Ｐ，Ｓｂ，Ｎを適宜含んだ化合物について示したが、種々のＩＩＩ族元素（Ｂ，Ｔｌ等）やＶ族元素（Ｂｉ等）や不純物元素（Ｚｎ，Ｂｅ，Ｍｇ，Ｔｅ，Ｓ，Ｓｅ，Ｓｉ，Ｇｅ等）が適宜含まれていても同様の効果が得られる。
【００９９】
なお、これまでの記述の中で「上」と示された方向は基板から離れる方向を示しており、「下」は基板へ近づく方向を示している。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｖ族組成として窒素と窒素以外のＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の結晶性、特に発光特性（発光強度と発光の半値全幅）を格段に優れたものとすることが出来る。従って、このＶ族組成として窒素と窒素以外のＶ族元素を含むＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を活性層に用いた半導体レーザを作製するのに好適な製造方法が提供され、発振閾値電流が低く、良好な特性の素子を得ることができる。また、半導体レーザだけに限らず、種々の優れた特性を有する素子を作製することが出来るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】積層構造の斜視図である。
【図２】ランプアニール装置の構成を示す図である。
【図３】熱処理時の温度プログラムを示す図である。
【図４】熱処理時の昇温速度と発光強度との相関を示す図である。
【図５】熱処理時の保持温度と発光強度との相関を示す図である。
【図６】熱処理時の温度プログラムを示す図である。
【図７】熱処理時の昇温による到達温度と発光強度との相関を示す図である。
【図８】（ａ）熱処理時の温度プログラムを示す図である。（ｂ）昇温−降温時の温度差と発光強度との相関を示す図である。
【図９】熱処理時の温度プログラムを示す図である。
【図１０】熱処理時の温度プログラムを示す図である。
【図１１】温度プログラムの種々の変形例を示す図である。
【図１２】積層構造の斜視図である。
【図１３】半導体レーザ装置の斜視図である。
【図１４】半導体レーザの閾値電流密度Ｊthと共振器長Ｌとの相関を示す図である。
【図１５】１／Ｌ→０に外挿した閾値電流密度Ｊth（１／Ｌ→０）と昇温速度との相関を示す図である。
【図１６】１／Ｌ→０に外挿した閾値電流密度Ｊth（１／Ｌ→０）と保持温度との相関を示す図である。
【図１７】温度プログラムの種々の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１１  積層構造
１２  基板
１３  下バリア層
１４  発光層
１５  上バリア層
２１  基板
２２  加熱用ランプ
２３  石英窓
２４  反射板
２５  チャンバー
２６  基板支持治具
２７  ガスボンペ
２８  流量制御系
１１１  積層構造
１１２  基板
１１３  下バリア層
１１４  下中間層
１１５  発光層
１１６  上中間層
１１７  上バリア層
１２１  半導体レーザ素子
１２２  ｎ型電極金属
１２３  基板
１２４  下クラッド層
１２５  ガイド層
１２６  井戸層
１２７  上クラッド層
１２８  コンタクト層
１２９  電流狭窄層
１３０  ｐ型電極金属
【図１】
0004040310.tif 000002
【図２】
0004040310.tif 000003
【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】
0004040310.tif 000008
【図８】
0004040310.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004040310.tif 000013
【図１３】
0004040310.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004040310.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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