JP7095498B2 - 垂直共振型面発光レーザ、垂直共振型面発光レーザを作製する方法 - Google Patents

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Description

本発明は、垂直共振型面発光レーザ、及び垂直共振型面発光レーザを作製する方法に関する。
特許文献１は、発光ダイオードを開示する。
特開２００８－１０８９６４号公報
特許文献１の発光ダイオードは、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ下部クラッド層及び（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐ井戸層、（Ａｌ０．５Ｇａ０．５）０．５Ｉｎ０．５Ｐ障壁層を含む多重量子井戸構造の活性層又は（Ａｌ０．２Ｇａ０．８）０．５Ｉｎ０．５Ｐからなるバルク活性層、（Ａｌ０．７Ｇａ０．３）０．５Ｉｎ０．５Ｐ上部クラッド層、並びにＧａＰ電流拡散層を含む。
本発明の一側面は、低い炭素濃度の活性層を有する垂直共振型面発光レーザを提供することを目的とする。
本発明の別の側面は、活性層に低い炭素濃度を提供できる垂直共振型面発光レーザを作製する方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る垂直共振型面発光レーザは、ＩＩＩ族構成元素としてインジウムを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える一又は複数の井戸層を有する量子井戸構造を備える活性層と、炭素ドーパントを含む上部積層領域と、前記活性層及び前記上部積層領域を含むポストを搭載する基板と、を備え、前記活性層は、前記上部積層領域と前記基板との間に設けられ、前記量子井戸構造は、２×１０１６ｃｍ－３以下の炭素濃度を有し、前記上部積層領域は、前記活性層から離れた位置にインジウムのパイルアップを含む。
本発明の別の側面に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法は、（ａ）構成元素としてＧａ及びＡｓを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える基板を成長炉に配置する工程と、（ｂ）ＩＩＩ族原料及びＶ族原料を前記成長炉に供給して、第１半導体を成長する工程と、（ｃ）前記第１半導体を成長した後に前記ＩＩＩ族原料を前記成長炉に供給することなく半導体の成長を中断する工程と、（ｄ）前記半導体の成長を中断した後に、炭素ドーパント、ＩＩＩ族原料及びＶ族原料を前記成長炉に供給して、第２半導体を成長する工程と、を備え、第１半導体を成長する前記工程は、前記ＩＩＩ族原料からのインジウムをＩＩＩ族元素として含む第１化合物半導体層を有する活性層を前記基板上に成長し、第２半導体を成長する前記工程は、炭素ドーパントを含む第２化合物半導体層を有する上部半導体積層を前記基板上に形成する。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、本発明の一側面によれば、低い炭素濃度の活性層を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。本発明の別の側面によれば、活性層に低い炭素濃度を提供できる垂直共振型面発光レーザを作製する方法が提供される。
図１は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを示す一部破断図である。 図２は、エピタキシャル成長における温度プロファイル及びガス切り替えシーケンスを示す図面である。 図３は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図４は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図５は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図６は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。 図７は、実施例に係る垂直共振型面発光レーザのエピ構造におけるインジウムのＳＩＭＳプロファイルを示す図面である。
いくつかの具体例を説明する。
具体例に係る垂直共振型面発光レーザは、（ａ）ＩＩＩ族構成元素としてインジウムを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える一又は複数の井戸層を有する量子井戸構造を備える活性層と、（ｂ）炭素ドーパントを含む上部積層領域と、（ｃ）前記活性層及び前記上部積層領域を含むポストを搭載する基板と、を備え、前記活性層は、前記上部積層領域と前記基板との間に設けられ、前記量子井戸構造は、２×１０１６ｃｍ－３以下の炭素濃度を有し、前記上部積層領域は、前記活性層から離れた位置にインジウムのパイルアップを含む。
垂直共振型面発光レーザによれば、上部積層領域には、活性層から離れた位置にインジウムのパイルアップ層を提供する。パイルアップ層は、炭素ドーパントを含む上部積層領域から製造中に活性層に拡散する炭素ドーパントを低減する構造を垂直共振型面発光レーザに提供できる。
具体例に係る垂直共振型面発光レーザは、前記基板上に設けられた下部積層領域を更に備え、前記下部積層領域は、分布ブラッグ反射器のための下部積層体と、前記下部積層体と前記活性層との間に設けられた下部スペーサ層とを含み、前記下部積層領域は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム及びガリウムの少なくともいずれかを含みインジウムを含まないＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備え、前記上部積層領域は、分布ブラッグ反射器のための上部積層体と、前記上部積層体と前記活性層との間に設けられた上部スペーサ層とを含む。
垂直共振型面発光レーザによれば、上部積層領域は、上部積層体と上部スペーサ層との界面を含む領域にインジウムのパイルアップ層を有することができる。
具体例に係る垂直共振型面発光レーザでは、前記量子井戸構造は、ＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層及びＡｌＧａＡｓ障壁層を含む。
垂直共振型面発光レーザによれば、ＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層及びＡｌＧａＡｓ障壁層を含む活性層において、良好な発光特性が得られる。
具体例に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法は、（ａ）構成元素としてＧａ及びＡｓを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える基板を成長炉に配置する工程と、（ｂ）ＩＩＩ族原料及びＶ族原料を前記成長炉に供給して、第１半導体を成長する工程と、（ｃ）前記第１半導体を成長した後に前記ＩＩＩ族原料を前記成長炉に供給することなく半導体の成長を中断する工程と、（ｄ）前記半導体の成長を中断した後に、炭素ドーパント、ＩＩＩ族原料及びＶ族原料を前記成長炉に供給して、第２半導体を成長する工程と、を備え、第１半導体を成長する前記工程は、前記ＩＩＩ族原料からのインジウムをＩＩＩ族元素として含む第１化合物半導体層を有する活性層を前記基板上に成長し、第２半導体を成長する前記工程は、炭素ドーパントを含む第２化合物半導体層を有する上部半導体積層を前記基板上に形成する。
垂直共振型面発光レーザを作製する方法によれば、成長炉に供給された原料ガス（ＩＩＩ族原料及びＶ族原料）のＩＩＩ族原料からのインジウムをＩＩＩ族元素として含む第１化合物半導体層を基板上に成長すると共に、Ｖ族原料を成長炉に供給すると共にＩＩＩ族原料を成長炉に供給することなく半導体の成長を中断する。成長中断により、半導体表面が改質される。成長炉内において改質された表面上に上部半導体積層を形成する。改質の際に、インジウム原子がＩＩＩ族構成元素として半導体表面に取り込まれる。
具体例に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法では、前記第１半導体は、第１基板温度で成長され、前記第２半導体は、第２基板温度で成長され、前記第２基板温度は、前記第１基板温度より高く、半導体の成長を中断する前記工程は、前記第１基板温度から前記第２基板温度へ温度の変更を行う。
垂直共振型面発光レーザを作製する方法によれば、成長中断の際に、基板温度を変更するようにしてもよい。
具体例に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法では、前記活性層は、２×１０１６ｃｍ－３以下の炭素濃度を有する。
垂直共振型面発光レーザを作製する方法によれば、成長中断における改質の際に、半導体表面にインジウムのパイルアップ領域を形成できて、このパイルアップ領域が、引き続く成長において供給される炭素が活性層に拡散することを低減できる。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、垂直共振型面発光レーザ、及び垂直共振型面発光レーザを作製する方法に係る本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図１は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを示す一部破断図である。垂直共振型面発光レーザ１１は、基板１３、活性層１９、及び上部積層領域２３を含む。基板１３は、ポスト１５を搭載し、ポスト１５は、活性層１９及び上部積層領域２３を含む。活性層１９は、上部積層領域２３と基板１３との間に設けられる。上部積層領域２３は、炭素ドーパントを含む。活性層１９は、量子井戸構造ＭＱＷを備え、量子井戸構造ＭＱＷは、一又は複数の井戸層１９ａを有する。井戸層１９ａは、ＩＩＩ族構成元素としてインジウムを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える。量子井戸構造ＭＱＷは、２×１０１６ｃｍ－３以下の炭素濃度を有する。上部積層領域２３は、活性層１９から離れた位置にインジウムの堆積物、具体的にはパイルアップ領域を含む。
垂直共振型面発光レーザ１１によれば、上部積層領域２３には、活性層１９から離れた位置にインジウムのパイルアップ層ＰＵＩＮＰを提供する。パイルアップ層ＰＵＩＮＰは、炭素ドーパントを含む上部積層領域２３から製造中に活性層１９に拡散する炭素ドーパントを低減する構造を垂直共振型面発光レーザ１１に提供できる。
垂直共振型面発光レーザ１１は、上部積層領域２３に加えて、下部積層領域３３を更に備え、活性層１９は、上部積層領域２３と下部積層領域３３との間に設けられる。上部積層領域２３は、分布ブラッグ反射器のための上部積層体（２５，２７、２９）と、上部スペーサ層２１とを含む。上部スペーサ層２１は、上部積層体（２５，２７、２９）と活性層１９との間に設けられる。垂直共振型面発光レーザ１１によれば、上部積層領域２３は、上部積層体（２５，２７、２９）と上部スペーサ層２１との界面を含む領域にインジウムのパイルアップ層ＰＵＩＮＰを有することができる。
基板１３は主面１３ａを有し、主面１３ａは、構成元素としてＧａ及びＡｓを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える。垂直共振型面発光レーザ１１は、基板１３の主面１３ａ上に設けられたポスト１５を含む。基板１３及びポスト１５は、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。ポスト１５は、上面１５ａ及び側面１５ｂを含む。図１を参照すると、ポスト１５は、円柱形状を有するように描かれているが、ポスト１５の形状は、これに限定されない。
垂直共振型面発光レーザ１１では、ポスト１５は、活性層１９及び上部スペーサ層２１を更に含むことができ、上部スペーサ層２１は、構成元素としてＧａ及びＡｓを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える。上部スペーサ層２１は、ＡｌＧａＡｓといった、ＩＩＩ族元素としてＧａ及びＡｌ並びにＶ族元素としてＡｓを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備えることができる。
ポスト１５は、下部スペーサ層１７を含む。下部スペーサ層１７は、構成元素としてＧａ及びＡｓを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備え、下部スペーサ層１７は、ＡｌＧａＡｓといったＩＩＩ族元素としてＧａ及びＡｌ並びにＶ族元素としてＡｓを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備えることができる。
活性層１９の量子井戸構造ＭＱＷは、井戸層１９ａに加えて、一又は複数の障壁層１９ｂを含む。量子井戸構造ＭＱＷでは、井戸層１９ａ及び障壁層１９ｂが第１軸Ａｘ１の方向に交互に配列される。井戸層１９ａは、ＩＩＩ族元素としてインジウム（Ｉｎ）を含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備え、このＩＩＩ－Ｖ化合物半導体は、ＩＩＩ族元素としてアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）を含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備えることができる。障壁層１９ｂは、ＩＩＩ族元素としてアルミニウム（Ａｌ）及びガリウム（Ｇａ）を含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える。井戸層１９ａ及び障壁層１９ｂのＩＩＩ－Ｖ化合物半導体は、Ｖ族元素として窒素（Ｎ）を含まず、またＶ族元素としてヒ素（Ａｓ）を含むことができる。活性層１９の半導体は、閃亜鉛鉱の結晶構造を有する。
量子井戸構造ＭＱＷは、例えばＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層及びＡｌＧａＡｓ障壁層を含むことができる。垂直共振型面発光レーザ１１によれば、量子井戸構造ＭＱＷに低い炭素濃度を与えて、良好な発光特性を提供できる。
活性層１９は下部スペーサ層１７上に設けられ、上部スペーサ層２１は活性層１９上に設けられる。下部スペーサ層１７及び上部スペーサ層２１は、井戸層１９ａのバンドギャップより大きいバンドギャップを有する。
活性層１９は、上部積層領域２３と下部積層領域３３との間に設けられ、また下部スペーサ層１７と上部スペーサ層２１との間に位置する。本実施例では、基板１３、下部積層領域３３、活性層１９、及び上部積層領域２３は、第１軸Ａｘ１の方向に配列される。
本実施例では、下部スペーサ層１７は、活性層１９における最下層の井戸層１９ａに接触を成して、第１界面４１ａを形成する。下部積層領域３３は、下部スペーサ層１７に接触を成して、第２界面４１ｂを形成する。
本実施例では、上部スペーサ層２１は、活性層１９における最上層の井戸層１９ａに接触を成して、第３界面４１ｃを形成する。上部スペーサ層２１は、第２上部積層体２９に接触を成して、第４界面４１ｄを形成する。
下部積層領域３３は、基板１３上に設けられる。下部積層領域３３は、分布ブラッグ反射器のための下部積層体（３５，３７、３９）と、下部スペーサ層１７とを含む。下部スペーサ層１７は、下部積層体（３５，３７、３９）と活性層１９との間に設けられる。下部積層領域３３は、ＩＩＩ族構成元素としてＩＩＩ族元素としてアルミニウム及びガリウムの少なくともいずれかを含みインジウムを含まないＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える。
活性層１９は、２×１０１６ｃｍ－３以下の炭素濃度を有することがよい。活性層１９の炭素濃度は、例えば二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法により測定され、活性層１９の全体にわたる平均値であることができる。
上部積層領域２３は、電流狭窄構造２５を含むことができ、電流狭窄構造２５は、Ａｌ含有のＩＩＩ－Ｖ族半導体の導電領域２５ａと、ＩＩＩ－Ｖ族半導体の構成元素を含む酸化物の絶縁領域２５ｂとを含む。具体的には、上部積層領域２３は、上部スペーサ層２１、上部分布ブラッグ反射器のための第１上部積層体２７及び第２上部積層体２９、並びに電流狭窄構造２５を含み、必要な場合には、上部積層領域２３の上面を提供する上部コンタクト層３１を含むことができる。
本実施例では、ポスト１５は、下部スペーサ層１７と基板１３との間に設けられた下部積層領域３３の一部、具体的には、下部分布ブラッグ反射器の一部を構成する第１下部積層体３５を含む。下部積層領域３３は、第１下部積層体３５に加えて、第２下部積層体３７を更に含むことができ、必要な場合には、下部コンタクト層３９を含むことができる。下部コンタクト層３９は、第１下部積層体３５と第２下部積層体３７との間に位置する。
本実施例では、垂直共振型面発光レーザ１１は、溝４３及びテラス４５を含み、溝４３は、ポスト１５をテラス４５から隔置して、ポスト１５を規定する。テラス４５は、ポスト１５と実質的に同じ半導体積層構造を有する。ポスト１５は、下部コンタクト層３９の上部分を含み、下部分は、ポスト１５外において基板１３の主面上に設けられる。下部コンタクト層３９の下部分は、溝４３の底面を規定する。
垂直共振型面発光レーザ１１は、ポスト１５、溝４３及びテラス４５の表面を覆う保護膜４７を更に備え、保護膜４７は、例えばＳｉＯＮ、ＳｉＮといったシリコン系無機絶縁膜を含む。垂直共振型面発光レーザ１１は、上部電極４９ａ及び下部電極４９ｂを含み、保護膜４７は、第１開口４７ａ及び第２開口４７ｂを含む。本実施例では、第１開口４７ａは、例えばポスト１５の上面に位置し、第２開口４７ｂは、例えば溝４３の底面に位置する。上部電極４９ａ及び下部電極４９ｂは、それぞれ、第１開口４７ａ及び第２開口４７ｂを介して上部コンタクト層３１及び下部コンタクト層３９に接触を成す。
本実施例では、上部積層領域２３は、上部分布ブラッグ反射器のための第１上部積層体２７及び第２上部積層体２９を含む。具体的には、第１上部積層体２７は、分布ブラッグ反射を可能にするように交互に配列された第１上部層２７ａ及び第２上部層２７ｂを含む。第１上部層２７ａ及び第２上部層２７ｂの屈折率は、互いに異なり、屈折率の違いは、例えば第１上部層２７ａと第２上部層２７ｂとの間のアルミニウム組成に因る。
第１上部積層体２７の第１上部層２７ａの各々は、ＩＩＩ族元素としてＡｌ及びＧａを含む第１半導体領域と、この第１半導体領域を囲む第１絶縁体領域とを含み、この第１絶縁体領域は、第１半導体領域の構成元素の酸化物からなる。この酸化物は、ポスト１５の側面１５ｂからポスト１５の内側に向けて延在して、第１半導体領域に到達する。第１上部積層体２７の第２上部層２７ｂは、ＩＩＩ族元素としてＡｌ及びＧａを含む第２半導体領域と、この第２半導体領域を囲む第２絶縁体領域とを含み、この第２絶縁体領域は、第２半導体領域の構成元素の酸化物からなる。この酸化物は、ポスト１５の側面１５ｂからポスト１５の内側に向けて延在して、第２半導体領域に到達する。第１半導体領域に到達する酸化物の奥行き及び第２半導体領域に到達する酸化物の奥行きは、第１半導体領域及び第２半導体領域のＡｌ組成に関連しており、本実施例では、第１半導体領域のＡｌ組成は、第２半導体領域のＡｌ組成より大きい。
第２上部積層体２９は、分布ブラッグ反射を可能にするように交互に配列された第１上部層２９ａ及び第２上部層２９ｂを含む。第１上部層２９ａ及び第２上部層２９ｂの屈折率は、互いに異なり、屈折率の違いは、例えば第１上部層２９ａと第２上部層２９ｂとの間のアルミニウム組成に因る。
第２上部積層体２９の第１上部層２９ａの各々は、ＩＩＩ族元素としてＡｌ及びＧａを含む第１半導体領域と、この第１半導体領域を囲む第１絶縁体領域とを含み、この第１絶縁体領域は、第１半導体領域の構成元素の酸化物からなる。この酸化物は、ポスト１５の側面１５ｂからポスト１５の内側に向けて延在して、第１半導体領域に到達する。第２上部積層体２９の第２上部層２９ｂは、ＩＩＩ族元素としてＡｌ及びＧａを含む第２半導体領域と、この第２半導体領域を囲む第２絶縁体領域とを含み、この第２絶縁体領域は、第２半導体領域の構成元素の酸化物からなる。この酸化物は、ポスト１５の側面１５ｂからポスト１５の内側に向けて延在して、第２半導体領域に到達する。第１半導体領域に到達する酸化物の奥行き及び第２半導体領域に到達する酸化物の奥行きは、第１半導体領域及び第２半導体領域のＡｌ組成に関連しており、本実施例では、第１半導体領域のＡｌ組成は、第２半導体領域のＡｌ組成より大きい。
電流狭窄構造２５の導電領域２５ａは、第１上部層２７ａの第１半導体領域のＡｌ組成及び第１上部層２９ａの第１半導体領域のＡｌ組成より大きなＡｌ組成を有する。
本実施例では、下部積層領域３３は、下部分布ブラッグ反射器のための第１下部積層体３５及び第２下部積層体３７を含む。具体的には、第１下部積層体３５は、分布ブラッグ反射を可能にするように交互に配列された第１下部層３５ａ及び第２下部層３５ｂを含む。第１下部層３５ａ及び第２下部層３５ｂの屈折率は、互いに異なり、屈折率の違いは、例えば第１下部層３５ａと第２下部層３５ｂとの間のアルミニウム組成に因る。
第１下部積層体３５の第１下部層３５ａの各々は、ＩＩＩ族元素としてＡｌ及びＧａを含む第１半導体領域を含み、可能な場合には、この第１半導体領域を囲む第１絶縁体領域を更に含み、この第１絶縁体領域は、第１半導体領域の構成元素の酸化物からなる。この酸化物は、ポスト１５の側面１５ｂからポスト１５の内側に向けて延在して、第１半導体領域に到達する。第１下部積層体３５の第２下部層３５ｂは、ＩＩＩ族元素としてＡｌ及びＧａを含む第２半導体領域を含み、可能な場合には、この第２半導体領域を囲む第２絶縁体領域を更に含み、この第２絶縁体領域は、第２半導体領域の構成元素の酸化物からなる。この酸化物は、ポスト１５の側面１５ｂからポスト１５の内側に向けて延在して、第２半導体領域に到達する。第１半導体領域に到達する酸化物の奥行き及び第２半導体領域に到達する酸化物の奥行きは、第１半導体領域及び第２半導体領域のＡｌ組成に関連しており、本実施例では、第１半導体領域のＡｌ組成は、第２半導体領域のＡｌ組成より大きい。
第２下部積層体３７は、分布ブラッグ反射を可能にするように交互に配列された第１下部層３７ａ及び第２下部層３７ｂを含む。第１下部層３７ａ及び第２下部層３７ｂの屈折率は、互いに異なり、屈折率の違いは、第１下部層３７ａと第２下部層３７ｂとの間のアルミニウム組成に因る。第２下部積層体３７の第１下部層３７ａの各々は、ＩＩＩ族元素としてＡｌ及びＧａを含む第１半導体領域を含む。第２下部積層体３７の第２下部層３７ｂは、ＩＩＩ族元素としてＡｌ及びＧａを含む第２半導体領域を含む。本実施例では、第１半導体領域のＡｌ組成は、第２半導体領域のＡｌ組成より大きい。
垂直共振型面発光レーザ１１の具体例。
基板１３：微傾斜のオフＧａＡｓ基板。
基板１３の主面１３ａは、ＧａＡｓの（００１）面を基準にして＜１１０＞方向に傾斜する。
下部積層領域３３の第１下部積層体３５及び第２下部積層体３７。
第１下部層３７ａ／第２下部層３７ｂ：アンドープのＡｌ（ｘ）Ｇａ（１－ｘ）Ａｓ／Ａｌ（ｙ）Ｇａ（１－ｙ）Ａｓの交互積層、（組成：０．８＜ｘ≦１、０．１≦ｙ＜０．３）。
下部コンタクト層３９：Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＡｓ。
第１下部層３５ａ／第２下部層３５ｂ：ＳｉドープのＡｌ（ｘ）Ｇａ（１－ｘ）Ａｓ／Ａｌ（ｙ）Ｇａ（１－ｙ）Ａｓの交互積層、（組成：０．８＜ｘ≦１、０．１≦ｙ＜０．３）。
第１下部積層体３５及び第２下部積層体３７の積層数：合計で２５周期。
下部スペーサ層１７：アンドープとして成長されるＡｌ（ｚ）Ｇａ（１－ｚ）Ａｓ層（０．１＜ｚ＜０．４）、厚さ５～２５ｎｍ。
活性層１９の量子井戸構造ＭＱＷ。
井戸層１９ａ／障壁層１９ｂ：アンドープのＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層／ＡｌＧａＡｓバリア層。
井戸層１９ａ：Ａｌ組成０．０１～０．０８、Ｉｎ組成０．０８～０．１８、膜厚２～７ｎｍ。
障壁層１９ｂ：Ａｌ組成０．１～０．４、膜厚５～９ｎｍ。
活性層１９において２×１０１６ｃｍ－３以下の炭素濃度は、良好な品質を提供できる。活性層１９の炭素濃度は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法による深さ方向の分析により測定される。炭素濃度は、ＳＩＭＳの炭素濃度プロファイルを活性層１９にわたって平均する。
上部スペーサ層２１：アンドープとして成長されるＡｌ（ｚ）Ｇａ（１－ｚ）Ａｓ層（組成：０．１＜ｚ＜０．４）、厚さ５～２５ｎｍ。
電流狭窄構造２５。
導電領域２５ａ：ＡｌＡｓ又はＡｌＧａＡｓ（０．９８のＡｌ組成）。
絶縁領域２５ｂ：アルミニウム酸化物、ガリウム酸化物。
上部積層領域２３の第１上部積層体２７及び第２上部積層体２９。
炭素ドーパント濃度：５×１０１７～５×１０１９ｃｍ－３。
第１上部層２７ａ／第２上部層２７ｂ：ＣドープのＡｌ（ｕ）Ｇａ（１－ｕ）Ａｓ／ＣドープのＡｌ（ｖ）Ｇａ（１－ｖ）Ａｓの交互積層、（組成：０．８＜ｕ≦１、０．１≦ｖ＜０．３）
第１上部層２９ａ／第２上部層２９ｂ：ＣドープのＡｌ（ｕ）Ｇａ（１－ｕ）Ａｓ／ＣドープのＡｌ（ｖ）Ｇａ（１－ｖ）Ａｓの交互積層、（組成：０．８＜ｕ≦１、０．１≦ｖ＜０．３）
第１上部積層体２７及び第２上部積層体２９の積層数：合計で２３周期。
上部コンタクト層３１：Ｃドープｐ型ＡｌＧａＡｓ。
ｐ－電極（４９ａ）：Ｔｉ／Ｐｔ。
ｎ－電極（４９ｂ）：例えばＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ。
図２～図６を参照しながら、垂直共振型面発光レーザを作製する方法を説明する。図２は、エピタキシャル成長における温度プロファイル及びガス切り替えシーケンスを示す図面である。図３～図６は、本実施形態に係る垂直共振型面発光レーザを作製する方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
図２を参照すると、エピタキシャル成長は、昇温Ｐ１ＲＤ、下部積層の成長Ｐ２ＲＤ、成長中断Ｐ３ＲＤ、中間積層（スペーサ領域及び活性層）の成長Ｐ４ＲＤ、成長中断Ｐ５ＲＤ、上部積層の成長Ｐ６ＲＤ、及び降温Ｐ７ＲＤの期間を含む。結晶成長では、例えば以下の原料を用いることができる。Ａｌ原料は、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）を含み、Ｇａ原料は、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）を含み、Ｉｎ原料は、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）を含み、ヒ素原料は、アルシン（ＡｓＨ３）を含む。ｎ導電性を付与するドーパントガスは、シラン（ＳｉＨ４）を含む。ｐ導電性を付与するドーパントガスは、四臭化炭素（ＣＢｒ４）を含む。
成長のための基板５１、具体的には、構成元素としてＧａ及びＡｓを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える基板５１を準備する。図３の（ａ）部に示されるように、基板５１を成長炉１０ａに配置する。本実施例では、成長のための基板５１として、例えばＧａＡｓウエハを準備する。成長炉１０ａでは、有機金属気相成長が可能である。
図３の（ａ）部に示されるように、昇温Ｐ１ＲＤの期間において、下部積層５３の成長のための基板温度（Ｔ２）に到達するように、成長炉１０ａのステージ温度（以下、「基板温度」として参照される）を上昇させる。本実施例では、下部積層５３は、下部積層領域３３のための半導体層、具体的には、第１下部積層体３５、下部コンタクト層３９及び第２下部積層体３７のための半導体層（５３ａ、５３ｂ、５３ｃ）を含む。基板温度がターゲット温度に到達した後に、下部積層の成長Ｐ２ＲＤの期間では、有機金属材料を含む原料を備える成膜ガスを成長炉１０ａに供給することを時刻ｔ１に開始すると共に、下部積層５３を完成できる時刻ｔ２において成長炉１０ａにおいて成膜を停止するようにガスを切り替える。
下部積層５３は、例えばＧａＡｓ層及び／又はＡｌＧａＡｓの半導体層を含む。
成長条件の例示。
半導体結晶成長のための基板温度：摂氏６７０～７５０度。
Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の供給量比：Ｖ／ＩＩＩ比＝１００～１６０。
インジウム原料を供給しない。
成長速度：０．４～０．７ｎｍ／秒。
これに従った基板温度で、下部分布ブラッグ反射器のための半導体層を含む下部積層５３を基板５１の主面５１ａ上に成長する。
図３の（ｂ）部に示されるように、成長中断Ｐ３ＲＤの期間（時刻ｔ２～ｔ３）において、下部積層５３上に中間積層５７を成長するための準備を行う。本実施例では、摂氏６７０度以上の成長温度（Ｔ２）から基板温度を下げて、摂氏６２０度以下の基板温度（Ｔ４）を成長炉１０ａに提供する。成長中断において、ＩＩＩ族有機金属原料を成長炉１０ａに供給することなく、成長炉１０ａにヒ素原料（Ｖ族原料）を供給して、ヒ素雰囲気を形成する。
雰囲気ガス：Ｖ族原料のアルシン。
温度変更率：１０～３０度／分。
成長中断の時間：３～２０分。
この成長中断Ｐ３ＲＤの期間では、成長温度より低い温度のヒ素雰囲気に、下部積層５３の表面（例えばＡｌ（ｙ）Ｇａ（１－ｙ）Ａｓ（組成：０．１≦ｙ＜０．３）が曝される。
中間積層（スペーサ領域及び活性層）の成長Ｐ４ＲＤの期間（時刻ｔ３～ｔ４）では、基板温度の降下により到達したターゲット温度において、有機金属原料を含む成膜ガスを成長炉１０ａに供給することを時刻ｔ３に開始して中間積層５７を成長すると共に、成膜ガスを成長炉１０ａに供給することを時刻ｔ４に停止して中間積層５７の成長を完了する。中間積層５７は、上部スペーサ層２１、活性層１９（井戸層１９ａ及び障壁層１９ｂ）及び下部スペーサ層１７のための半導体層（５７ａ、５７ｂ、５７ｃ）を含む。成長中断Ｐ３ＲＤの期間における温度の降下により、低い基板温度における結晶成長が可能になっている。
具体的には、図４の（ａ）部に示されるように、成長中断の結果として与えられた基板温度において、下部スペーサ層１７のための半導体層（５７ｃ）を成長するための有機金属原料を含む原料ガスを成長炉１０ａに供給して、下部積層５３の表面上にアンドープのＡｌＧａＡｓ層を成長する。低い基板温度は、下部積層５３の成長に比べて原子のマイグレーションを制限する。半導体層（５７ｃ）は、例えば厚さ５～２５ｎｍのアンドープのＡｌ（ｚ）Ｇａ（１－ｚ）Ａｓ層（組成：０．１＜ｚ＜０．４）層である。
半導体層（５７ｃ）の成長条件の例示。
成長に用いる原料：ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＡｓＨ３、ドーパントを供給しない。
成長のための基板温度：摂氏５７０～６２０度。
Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の供給量比：Ｖ／ＩＩＩ比＝１００～１６０。
成長速度：０．４～０．７ｎｍ／秒。
半導体層（５７ｃ）は、下地の下部積層５３と界面（４１ｂ）を形成する。下部積層５３は、成長中断中に、成長温度より低い温度のヒ素雰囲気に曝されている。半導体層（５７ｃ）は、本実施例では全体にわたる平均で２×１０１６ｃｍ－３以下の炭素濃度を含む。
基板温度を変更することなく、本実施例では、半導体層（５７ｃ）上に井戸層のための半導体を成長すること、井戸層のための半導体層上に障壁層のための半導体を成長すること、及び障壁層のための半導体層上に井戸層のための半導体を成長することを繰り返して、活性層１９の量子井戸構造ＭＱＷのための半導体積層（５７ｂ）を成長する。
半導体積層（５７ｂ）の成長条件の例示。
成長に用いる原料：ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＡｓＨ３、ドーパントを供給しない。
成長のための基板温度：摂氏５７０～６２０度。
Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の供給量比：Ｖ／ＩＩＩ比＝１００～１６０。
成長速度：０．４～０．７ｎｍ／秒。
井戸層１９ａのための半導体層：Ａｌ組成０．０１～０．０８、Ｉｎ組成０．０８～０．１８、膜厚２～７ｎｍ。
障壁層１９ｂのための半導体層：Ａｌ組成０．１～０．４、膜厚５～９ｎｍ。
半導体積層（５７ｂ）は、下地の半導体層（５７ｃ）と界面を形成する。良好な発光強度を得るために、半導体積層（５７）は、本実施例では、井戸層及び障壁層の全体にわたる平均で２×１０１６ｃｍ－３以下の炭素濃度を含むことがよい。
井戸層の成長の際に、インジウム原料を成長炉１０ａに供給する。インジウム原料及びインジウム原料からのインジウム（「インジウム堆積物ＰＩＮ」として参照する）が、成長炉１０ａのチャンバ塀壁に堆積する。
基板温度を変更することなく、上部スペーサ層２１のための半導体層（５７ａ）を成長するための有機金属原料を含む原料ガスを成長炉１０ａに供給して、半導体積層（５７ｂ）上にアンドープＡｌＧａＡｓ層を成長する。低い基板温度は、半導体層（５７ｃ）の成長と同様に原子のマイグレーションを制限する。半導体層（５７ａ）は、例えば５～２５ｎｍ厚のアンドープのＡｌ（ｚ）Ｇａ（１－ｚ）Ａｓ層（０．１＜ｚ＜０．４）層である。
半導体層（５７ａ）の成長条件の例示。
成長に用いる原料：ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＡｓＨ３、ドーパントを供給しない。
成長のための基板温度：摂氏５７０～６２０度。
Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の供給量比：Ｖ／ＩＩＩ比＝１００～１６０。
成長速度：０．４～０．７ｎｍ／秒。
上記の説明から理解されるように、ＩＩＩ族原料及びＶ族原料を成長炉１０ａに供給して、下部積層５３上に第１半導体を基板５１上に成長する。第１半導体を成長する工程では、ＩＩＩ族原料からのインジウムをＩＩＩ族元素として含む第１化合物半導体層を基板５１上に成長する。
具体的には、中間積層（スペーサ領域及び活性層）の成長は、有機金属原料を含む成膜ガスを成長炉１０ａに供給して、ＩＩＩ族元素としてＩｎを含まずＩＩＩ族元素としてＡｌを含む第１化合物半導体層を摂氏６２０度以下の基板温度で成長すること、及び有機金属原料を含む成膜ガスを成長炉１０ａに供給して、ＩＩＩ族元素としてＩｎを含む第２化合物半導体層を摂氏６２０度以下の基板温度で成長することを行うことによって提供される。
第１化合物半導体層を成長した後にＩＩＩ族原料を成長炉１０ａに供給することなく半導体の成長を中断する。
具体的には、時刻ｔ４において中間積層５７の成長を完了した後に、図４の（ｂ）部に示されるように、成長中断Ｐ５ＲＤの期間において、中間積層５７上に上部積層５９を成長するための準備を行う。本実施例では、摂氏５９０度以下の成長温度から基板温度を上げて、摂氏６７０度以上の基板温度（Ｔ６）を成長炉１０ａにおいて提供する。成長中断において、ＩＩＩ族有機金属原料を成長炉１０ａに供給することなく、成長炉１０ａにヒ素原料を供給して、ヒ素雰囲気を形成する。
雰囲気ガス：Ｖ族原料のアルシン。
温度変更率：１０～３０度／分。
成長中断の時間：３～２０分。
成長炉１０ａのチャンバ塀壁に堆積したインジウム堆積物ＰＩＮが、成長中断中に、中間積層５７の表面に堆積して、インジウムがＩＩＩ－Ｖ化合物半導体の表面（具体的には、アンドープＡｌＧａＡｓ表面）に取り込まれる。取り込まれたＩｎ量に応じて、引き続く成長において供給される炭素ドーパントが中間積層５７を拡散して活性層に到達することを妨げる。実施例１～３の結果から理解されるように、０．０１％程度のＩｎ組成においても発光強度の改善に影響する。
半導体の成長を中断した後に、炭素ドーパント、ＩＩＩ族原料及びＶ族原料を成長炉１０ａに供給して、第２半導体を成長する。第２半導体を成長する工程は、上部半導体積層を基板５１上に形成する。
具体的には、基板温度の上昇によりターゲット温度に到達した後に、図５の（ａ）部に示されるように、インジウム堆積物（ＰＵＩＮＰ）を含む下地、例えば僅かなインジウムを含むＡｌＧａＩｎＡｓ上に、上部積層（第１上部積層体２７、電流狭窄構造２５、第２上部積層体２９及び上部コンタクト層３１）の成長Ｐ６ＲＤの期間では、有機金属原料を含む成膜ガスを成長炉１０ａに供給することを時刻ｔ５に開始して、上部積層５９を成長すると共に、上部積層５９を完成できる時刻ｔ６に成長炉１０ａにおいて成膜を停止するようにガスを切り替える。上部積層５９は、上部コンタクト層３１、第１上部積層体２７、電流狭窄構造２５、及び第２上部積層体２９のための半導体層（５９ａ、５９ｂ、５９ｃ、５９ｄ）を含む。本実施例では、上部積層５９は、例えばＧａＡｓ層及び／又はＡｌＧａＡｓの半導体層を含む。半導体層５９ｂは、高アルミニウム含有のＩＩＩ－Ｖ化合物半導体からなる。
成長条件の例示。
半導体結晶成長のための基板温度：摂氏６７０～７５０度。
成長に用いる原料：ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＡｓＨ３、炭素ドーパントガスのＣＢｒ４。
Ｖ族原料とＩＩＩ族原料の供給量比：Ｖ／ＩＩＩ比＝１００～１６０。
成長速度：０．４～０．７ｎｍ／秒。
これに従って、上部分布ブラッグ反射器のための半導体層を含む上部積層５９を中間積層５７上に成長する。
これらの工程により、エピタキシャル基板ＥＰを完成させる。
製造方法の記述から理解されるように、第１半導体及び第２半導体は、それぞれ、第１基板温度及び第２基板温度で成長される。第２基板温度は、第１基板温度より高い。第１基板温度及び第２基板温度の一方から他方への変化中に半導体の成長中断を行う。
垂直共振型面発光レーザを作製する方法によれば、成長炉１０ａに供給された原料ガス（ＩＩＩ族原料及びＶ族原料）のＩＩＩ族原料からのインジウムをＩＩＩ族元素として含む第１化合物半導体層を基板上に成長する。Ｖ族原料を成長炉に供給すると共にＩＩＩ族原料を成長炉に供給することなく半導体の成長を中断する。成長中断により、半導体表面が改質される。成長炉内において改質された表面上に上部半導体積層を形成する。改質の際に、インジウム原子が堆積してインジウムレイヤーが下地半導体表面の一部又は全体に形成される。
垂直共振型面発光レーザを作製する方法によれば、成長中断における改質の際に、半導体表面にインジウムのパイルアップ領域（ＰＵＩＮＰ）を形成できて、このパイルアップ領域（ＰＵＩＮＰ）が、引き続く成長において供給される炭素の拡散を低減できる。活性層のための半導体層を含む中間積層５７は、２×１０１６ｃｍ－３以下の炭素濃度を有する。
図５の（ｂ）部に示されるように、エピタキシャル基板ＥＰの主面上に、ポストの形状を規定するマスクＭ１を形成すると共に、マスクＭ１を用いてエピタキシャル基板ＥＰをエッチングする。エッチングは、例えばドライエッチングを含む。第１基板生産物ＳＰ１は、半導体ポスト６１、半導体テラス６３、及び半導体ポスト６１を半導体テラス６３から隔置する溝６５を含む。半導体ポスト６１は、下部コンタクト層３９のための半導体層（５３ｂ）内に位置する底を有する。エッチングの後にマスクＭ１を除去して、第１基板生産物ＳＰ１を得る。
図６の（ａ）部に示されるように、第１基板生産物ＳＰ１を酸化炉１０ｂに配置すると共に、酸化雰囲気（例えば摂氏３５０度の水蒸気）に第１基板生産物ＳＰ１を曝して、第１基板生産物ＳＰ１内の高アルミニウム含有のＩＩＩ－Ｖ化合物半導体の半導体層５９ｃから電流狭窄構造２５を形成する。酸化炉１０ｂにおける処理により、第１基板生産物ＳＰ１から第２基板生産物ＳＰ２を得る。
図６の（ｂ）部に示されるように、第２基板生産物ＳＰ２上に、第１開口６７ａ及び第２開口６７ｂを有する保護膜６７を形成すると共に、第１電極６９ａ及び第２電極６９ｂを保護膜上に形成する。
これらの工程により、垂直共振型面発光レーザ１１が提供される。
３つの実施例を説明する。
（実施例１）
図７の（ａ）部及び（ｂ）部は、実施例１に係る垂直共振型面発光レーザのエピ構造におけるインジウムのＳＩＭＳプロファイルＰＦを示す図面である。理解を容易にするために、図７の（ａ）部及び（ｂ）部には、図１に付された参照符合を付してエピ構造を垂直共振型面発光レーザ１１に対応付ける。
図７の（ａ）部を参照すると、下部積層体の下部スペーサ層から活性層の最初の井戸層までのエピ範囲におけるインジウム組成を示す。破線ＩＴＲ１ＰＴは、エピ成長における成長中断をエピ構造において示す。本実施例では、成長中断に際して、基板温度を降下させている。
図７の（ｂ）部を参照すると、活性層の最終の井戸層から上部積層体の上部スペーサ層までのエピ範囲におけるインジウム組成を示す。破線ＩＴＲ２ＰＴは、エピ成長における成長中断をエピ構造において示す。本実施例では、成長中断に際して、基板温度を上昇させる。下部積層体及び上部積層体は、摂氏７２０度で成長され、下部スペーサ層１７、上部スペーサ層２１及び活性層１９は、摂氏６２０度で成長される。破線ＩＴＲ１ＰＴ及び破線ＩＴＲ２ＰＴで示される成長中断の期間は、１５分間である。
両方のＳＩＭＳプロファイルＰＦを比較すると、活性層１９を成長した後における成長中断において、インジウムのパイルアップ層（ＰＵＩＮＰ）が形成される。この実施例に係る実験及び他の実験から、インジウムのパイルアップ層（ＰＵＩＮＰ）のピークインジウム組成は、０．０１％以上である。
垂直共振型面発光型半導体レーザは、ＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板上に設けられた下部分布ブラッグ反射部と、下部分布ブラッグ反射部上に設けられた上部分布ブラッグ反射部とを備える。下部分布ブラッグ反射部と上部分布ブラッグ反射部との間には、活性層が設けられる。下部分布ブラッグ反射部は第１の下部分布ブラッグ反射と第２の下部分布ブラッグ反射からなり、第１の下部分布ブラッグ反射と第２の下部分布ブラッグ反射との間には、ＡｌＧａＡｓからなる下部コンタクト層が設けられている。上部分布ブラッグ反射部の上には、ＡｌＧａＡｓからなる上部コンタクト層が設けられている。
活性層と下部分布ブラッグ反射部との間には、ＡｌＧａＡｓからなる第１のスペーサ層が設けられており、活性層と上部分布ブラッグ反射部との間には、ＡｌＧａＡｓからなる第２のスペーサ層が設けられる。
上部分布ブラッグ反射部には、電流を閉じ込めるための電流狭窄層が設けられている。電流狭窄層は、電流を通過させるための半導体部分と、この半導体部分を取り囲む環状の絶縁体部分とを備える。半導体部分は例えばｐ型ＡｌＧａＡｓからなり、半導体部分は例えばｐ型ＡｌＧａＡｓの酸化物からなる。
下部分布ブラッグ反射部では、Ｓｉドープされた第１のｎ型ＡｌＸＧａ１－ＸＡｓ（０．８＜Ｘ≦１）層と、第２のｎ型ＡｌＹＧａ１－ＹＡｓ（０．１≦Ｙ＜０．３）層とが交互に２５層積層されている。第１及び第２のＡｌＧａＡｓの成長には、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＡｓＨ３を用い、摂氏６７０～７２０度の成長温度で成長を行う事が好適である。なお、下部分布ブラッグ反射部のｎ型ドーパントとしてＳｉをドープする場合、その原料ガスとしてはシラン（ＳｉＨ４）を用いることが好適である。
第１及び第２のスペーサ層の厚さは、５～２５ｎｍであることができ、スペーサ層のＡｌ組成は１０～４０％である。第１及び第２のスペーサ層の成長には、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＡｓＨ３を用い、摂氏５７０度～６２０度の成長温度で成長を行う。
活性層は、多重量子井戸構造を有する。活性層は、ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層及びＡｌＧａＡｓバリア層からなる量子井戸構造ＭＱＷを有するとよい。ＡｌＧａＩｎＡｓ量子井戸層のＡｌ組成は１～８％、Ｉｎ組成は８～１８％とし、膜厚は２～７ｎｍとすることがよい。ＡｌＧａＡｓ障壁層のＡｌ組成は１０～４０％とし、膜厚は５～９ｎｍである。活性層の成長には、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＡｓＨ３を用い、摂氏５７０～６２０度の成長温度で成長を行う事が好適である。
上部分布ブラッグ反射部は、２５層のＣドープ第１のｐ型ＡｌＧａＡｓ層及びＣドープ第２のｐ型ＡｌＧａＡｓ層を含み、第１のｐ型ＡｌＧａＡｓ層及び第２のｐ型ＡｌＧａＡｓ層は交互に積層される。第１及び第２のＡｌＧａＡｓの成長には、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＡｓＨ３を用い、摂氏６７０～７２０度の成長温度で成長を行うことがよい。上部分布ブラッグ反射部のｐ型ドーパントの炭素（Ｃ）を添加には、四臭化炭素（ＣＢｒ4）を用いる。
下部分布ブラッグ反射部と第１のスペーサ層の間、及び第２のスペーサ層と上部分布ブラッグ反射部の間において成長中断を行い、基板温度の昇降温を行う。成長中断中はＩＩＩ族原料の供給を停止し、ＩＩＩ族原料無しでＶ族原料のＡｓＨ３を供給している。
実施例１では、摂氏７２０度の成長温度で分布ブラッグ反射部を成長すると共に、摂氏６２０度の成長温度で活性層を成長する。これらの成長の間に、１５分間の成長中断を行う。成長中断において、基板温度を傾斜をもって変化させる。活性層付近のＳＩＭＳ分析結果は、第２のスペーサ層と上部分布ブラッグ反射部との間の上部の中断界面において０．０９％のピーク濃度のＩｎ堆積物、ここではプロファイルの形状に従って例えば「パイルアップ層（ＰＵＩＮＰ）」として参照する。しかしながら、下部分布ブラッグ反射部と第１のスペーサ層の間の下部の中断界面にはＩｎプロファイルは単調な変化を示す。上側のＩｎパイルアップ層（ＰＵＩＮＰ）は、以下のように形成される。活性層成長中に供給されたＩｎ原子又はインジウム原料が、例えば成長炉のチャンバ壁に付着すると共に、供給停止後に成長中断中にチャンバ壁から半導体表面に到達して、パイルアップ層（ＰＵＩＮＰ）になる。
（実施例２）
活性層及び上部スペーサ層の結晶成長における第１成長温度、上部積層体の第２成長温度、並びに成長中断の時間のエピ成長条件に関して、異なる成長中断時間の４種類のデバイス構造Ｄ１～Ｄ４を作製する。例えば「３Ｅ＋１６」の表示は、３×１０＋１６を示す。
構造：第１成長温度、第２成長温度、成長中断、ピークＩｎ組成、炭素濃度。
Ｄ１：摂氏６２０度、摂氏７２０度、 ０分間、０．０１％未満、３Ｅ＋１６。
Ｄ２：摂氏６２０度、摂氏７２０度、 ３分間、約０．０１％、２Ｅ＋１６。
Ｄ３：摂氏６２０度、摂氏７２０度、 ９分間、０．０３％、１Ｅ＋１６未満。
Ｄ４：摂氏６２０度、摂氏７２０度、１５分間、０．０９％、１Ｅ＋１６未満。
実施例２では、４種の中断時間を変化させて作製されたデバイス構造において、上部スペーサ層と上部積層体との界面におけるＩｎ濃度及び活性層の炭素濃度を測定する。３分以上の中断時間により活性層の炭素濃度が下がり、０．０１％以上のＩｎの堆積層が形成される。また、９分以上の中断時間により、０．０３％以上のＩｎの堆積層が形成される。さらに、１５分以上の中断時間により、０．０９％以上のＩｎの堆積層が形成される。活性層の炭素濃度が１Ｅ＋１６ｃｍ－３以下となり、ＳＩＭＳ法による炭素の検出下限を下回る。
（実施例３）
活性層及び上部スペーサ層の結晶成長における第１成長温度、上部積層体の第２成長温度、並びに成長中断の時間のエピ成長条件に関して、異なる第２成長温度の３種類のデバイス構造Ｄ５～Ｄ７を作製する。
構造：第１成長温度、第２成長温度、成長中断、ピークＩｎ組成、炭素濃度。
Ｄ５：摂氏６２０度、摂氏６７０度、１５分間、０．１０％、１Ｅ＋１６未満。
Ｄ６：摂氏６２０度、摂氏７２０度、１５分間、０．０９％、１Ｅ＋１６未満。
Ｄ７：摂氏６２０度、摂氏７７０度、１５分間、０．０１％未満、５Ｅ＋１６。
実施例３では、３種の第２成長温度を変化させて作製されたデバイス構造において、上部スペーサ層と上部積層体との界面におけるＩｎ濃度及び活性層の炭素濃度を測定する。摂氏６７０度以上で摂氏７７０度未満の第２成長温度により活性層の炭素濃度が下がり、０．０９％以上のＩｎの堆積層が形成される。また、摂氏６７０度以上で摂氏７２０度以下の第２成長温度により、０．０９～０．１０％のＩｎの堆積層が形成される。活性層の炭素濃度が１Ｅ＋１６ｃｍ－３以下となり、ＳＩＭＳ法による炭素の検出下限を下回る。
これらの実施例において、上記のデバイス構造おける発光強度の測定によれば、デバイス構造Ｄ２～Ｄ６において、活性層の低い炭素濃度は良好な発光特性を提供できる。これらのデバイス構造は、デバイス構造Ｄ１、Ｄ７に比べて優れる発光特性を示す。デバイス構造Ｄ３～Ｄ６の発光特性は、デバイス構造Ｄ２より優れた発光特性を示す。
実施例３では、上部積層体（分布ブラッグ反射）の成長温度を変化させたデバイス構造において、上部スペーサ層と上部積層体との界面におけるＩｎ濃度及び活性層の炭素濃度とを測定する。分布ブラッグ反射の成長温度を摂氏７２０度以下であるとき、ＳＩＭＳプロファイルに現れるＩｎパイルアップ層が形成される。活性層の炭素濃度が１Ｅ＋１６ｃｍ－３以下となり、ＳＩＭＳ法による炭素の検出下限を下回る。
これらの実施例における実験及び他の実験によれば、垂直共振型面発光レーザは、摂氏５７０～６２０度の範囲である活性層及び上部スペーサ層の成長温度、摂氏６７０～７２０度の範囲である炭素添加上部積層体の成長温度、及び３～１５分の範囲である成長中断時間において、発光強度の改善を示す。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
以上説明したように、本実施形態によれば、低い炭素濃度の活性層を有する垂直共振型面発光レーザが提供される。本実施形態によれば、活性層に低い炭素濃度を提供できる垂直共振型面発光レーザを作製する方法が提供される。
１３…基板、１５…ポスト、１７…下部スペーサ層、１９…活性層、１９ａ…井戸層、１９ｂ…障壁層、２１…上部スペーサ層、２３…上部積層領域、２５…電流狭窄構造、２７…第１上部積層体、２９…第２上部積層体、３１…上部コンタクト層、３３…下部積層領域、３５…第１下部積層体、３７…第２下部積層体、３９…下部コンタクト層。

Claims (7)

  1. 垂直共振型面発光レーザであって、
    一又は複数のＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層及び一又は複数のＡｌＧａＡｓ障壁層を有する量子井戸構造を備える活性層と、
    炭素ドーパントを含む上部積層領域と、
    前記活性層及び前記上部積層領域を含むポストを搭載する基板と、
    を備え、
    前記活性層は、前記上部積層領域と前記基板との間に設けられ、
    前記量子井戸構造は、２×１０１６ｃｍ－３以下の炭素濃度を有し、
    前記上部積層領域は、前記活性層から離れた位置にインジウムのパイルアップ層を含む、垂直共振型面発光レーザ。
  2. 前記基板上に設けられた下部積層領域を更に備え、
    前記下部積層領域は、分布ブラッグ反射器のための下部積層体と、前記下部積層体と前記活性層との間に設けられた下部スペーサ層とを含み、
    前記下部積層領域は、ＩＩＩ族構成元素としてアルミニウム及びガリウムの少なくともいずれかを含みインジウムを含まないＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備え、
    前記上部積層領域は、分布ブラッグ反射器のための上部積層体と、前記上部積層体と前記活性層との間に設けられた上部スペーサ層とを含む、請求項１に記載された垂直共振型面発光レーザ。
  3. 垂直共振型面発光レーザを作製する方法であって、
    構成元素としてＧａ及びＡｓを含むＩＩＩ－Ｖ化合物半導体を備える基板を成長炉に配置する工程と、
    ＩＩＩ族原料及びＶ族原料を前記成長炉に供給して、第１半導体を成長する工程と、
    前記第１半導体を成長した後に前記ＩＩＩ族原料を前記成長炉に供給することなく半導体の成長を中断する工程と、
    前記半導体の成長を中断した後に、炭素ドーパント、ＩＩＩ族原料及びＶ族原料を前記成長炉に供給して、第２半導体を成長する工程と、
    を備え、
    第１半導体を成長する前記工程は、前記ＩＩＩ族原料からのインジウムをＩＩＩ族構成元素として含む第１化合物半導体層を有する活性層を前記基板上に成長し、
    第２半導体を成長する前記工程は、炭素ドーパントを含む第２化合物半導体層を有する上部半導体積層を前記基板上に形成し、
    前記活性層は、２×１０ １６ ｃｍ －３ 以下の炭素濃度を有し、
    前記活性層は、一又は複数のＡｌＧａＩｎＡｓ井戸層及び一又は複数のＡｌＧａＡｓ障壁層を有する量子井戸構造を備え、
    前記上部半導体積層は、前記活性層から離れた位置にインジウムのパイルアップ層を含む、垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
  4. 前記第１半導体は、第１基板温度で成長され、
    前記第２半導体は、第２基板温度で成長され、
    前記第２基板温度は、前記第１基板温度より高く、
    半導体の成長を中断する前記工程は、前記第１基板温度から前記第２基板温度へ温度の変更を行う、請求項３に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
  5. 第１半導体を成長する前記工程では、ドーパントを供給しない、請求項３又は請求項４に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
  6. 第１半導体を成長する前記工程では、前記ＩＩＩ族原料がトリメチルインジウムを含む、請求項３から請求項５のいずれか一項に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
  7. 前記第１半導体は、摂氏５７０～６２０度の基板温度で成長される、請求項３から請求項６のいずれか一項に記載された垂直共振型面発光レーザを作製する方法。
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