JP2002289977A - 半導体素子の製造方法および半導体素子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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出荷後、素子使用初期に素子特性が変化しな
い高信頼性を有する半導体素子を提供する。 【解決手段】 半導体素子のウエハを作製するウエハ作
製工程を行なった後（ステップＳ１）、電流通電工程へ
進めない半導体素子を選別するための最初の検査（電流
−光出力特性、電流−電圧特性等の標準的な検査）を行
ない（ステップＳ２）、しかる後、しきい値電流低減の
ための電流通電工程を行ない（ステップＳ３）、しかる
後、ｂｕｒｎ−ｉｎ工程へ進めない素子を選別するため
の最初の検査（電流−光出力特性、電流−電圧特性等の
標準的な検査）を行ない（ステップＳ４）、しかる後、
ｂｕｒｎ−ｉｎ工程（初期不良素子選別のためのスクリ
ーニング試験）を行ない（ステップＳ５）、しかる後、
出荷前検査工程を行なうようになっている（ステップＳ
６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用半導体レ
ーザ，発光ダイオード，赤外光用フォトダイオードなど
に利用される半導体素子の製造方法および半導体素子お
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】従来、光ファイバーを用いた光通信シス
テムは主に幹線系で用いられている。将来は各家庭やビ
ル内，オフィス内での利用が考えられている。これを実
現するためには、システムの小型化，低コスト化が必要
であり、温度制御用のペルチェ素子が不要なシステムの
実現が必要である。半導体レーザには、低しきい値動作
と温度変化による特性変化の少ない高特性温度の実現が
望まれている。しかし、従来のＧａＩｎＰＡｓ／ＩｎＰ
系材料では、伝導帯のバンド不連続を大きくできないこ
とが主たる原因で、高特性温度を実現するのは困難であ
る。

【０００３】これを解決できる材料として、特開平６−
３７３５５号には、ＧａＡｓ基板上のＧａＩｎＮＡｓ系
材料が提案されている。ＧａＩｎＮＡｓはＮと他のＶ族
元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体である。ＧａＡｓよ
り格子定数が大きいＧａＩｎＡｓにＮを添加することで
格子定数をＧａＡｓに格子整合させることが可能であ
り、さらにバンドギャップエネルギーが小さくなり、
１．３μｍ，１．５μｍ帯での発光を可能にすることが
できる。

【０００４】文献「Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．
Ｖｏｌ．３５（１９９６）ｐｐ．１２７３−１２７５」
には、近藤らによりバンドラインナップが計算されてい
る。ＧａＩｎＮＡｓはＧａＡｓ格子整合系なので、Ａｌ
ＧａＡｓ等をクラッド層に用いることで、伝導帯のバン
ド不連続が大きくなる。このため、高特性温度半導体レ
ーザが実現できると予想されている。

【０００５】しかしながら、Ｎ（窒素）と他のＶ族元素
を含んだIII−Ｖ族混晶半導体は、Ｎの原子半径が他の
元素に比べて小さいことに起因して、混晶組成のほとん
どが熱平衡状態では非混和領域にあり、結晶成長が非常
に難しい。非平衡度の高いＭＯＣＶＤ法（有機金属気相
成長法）やＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）によりわ
ずかの窒素組成の結晶が成長可能となるものである。Ｎ
と他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体の成長に
関して、特開平６−３７３５５号には、高周波プラズマ
により活性化した窒素ガスもしくは窒素化合物ガスを窒
素源としたＭＯＣＶＤ法が示されており、また、特開平
９−２８３８５７には、ＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジ
ン）を窒素源としたＭＯＣＶＤ法が示されており、ま
た、特開平６−３３４１６８号，特開平１１−８７８４
８号には、活性化窒素を用いたＭＢＥ法が示されてい
る。

【０００６】また、Ｎと他のＶ族元素を含んだIII−Ｖ
族混晶半導体であるＧａＩｎＮＡｓやＧａＮＡｓの結晶
成長後に熱処理することによる結晶性改善が、特開平１
１−２７４０８３号や、文献「39th Electronic Materi
als Conference, Session T,p3, Fort Collins, Colora
do June 25-27, 1997、 Appl. Phys. Lett., Vol.72(199
8) pp11409-1411」、文献「Appl. Phys. Lett., Vol.72
(1998) pp1857-1859、またはJpn. J. Appl. Phys. Vol.
38 (1999) pp.L298-L300」等のように試みられている。
ほとんどの場合、熱処理は急速加熱が可能なrapid ther
mal annealing（ＲＴＡ）装置を用いている。特開平１
１−２７４０８３号においては、層構造成長後に成長装
置を用いて熱処理を行うことも記載されている。

【０００７】しかし、これらの結果は、半導体素子とし
ての構造についての効果ではなく、ＰＬ（Ｐｈｏｔｏ
Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）測定のための構造について
の結果であり、層構造成長後に熱処理して効果を得てい
る。半導体素子についての例としては半導体レーザの場
合がある。文献「J. Cryst. Growth. Vol.192 (1998)p
p.381-385」では、半導体レーザ構造の成長中におい
て、上部クラッド層の成長温度を、窒素を含んだIII−
Ｖ族混晶半導体層であるＧａＩｎＮＡｓ活性層の成長温
度よりも高くして熱処理効果を得て、１．３μｍ帯での
レーザ発振を達成している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒素を
含んだIII−Ｖ族混晶半導体層の結晶成長後の熱処理に
よる結晶性改善では不完全であり、半導体素子を動作さ
せると、動作初期に特性が急激に変化することがわかっ
た。例えば半導体レーザの場合、しきい値電流が１０％
〜５０％程度、もしくは、それ以上低減してしまうこと
がわかった。このような状態だと、半導体素子を出荷前
に検査した場合、設計した特性と大きく特性が異なるの
で、エラー素子と判断されてしまう。また、エラー素子
と判断されなくても、素子を出荷後、素子使用初期に素
子特性が変化してしまうので、ユーザは検査結果を参考
にできず、半導体素子を使用する上で大きな問題があっ
た。特に、低コストの光通信システムを実現するために
は、冷却素子などの制御回路を用いないことが必要であ
り、半導体レーザ等の半導体素子の特性が環境温度に対
して変化が小さいなど初期特性が高性能であることの他
に、半導体素子の特性が経時変化しないことが求められ
る。

【０００９】本発明は、Ｖ族構成元素としてＮ（窒素）
及び他の１種以上のＶ族元素とIII族元素とから構成さ
れる窒素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を少なくとも
有する半導体素子において、効率良くコスト上昇を抑え
て、結晶性の改善効果を高めることの可能な半導体素子
の製造方法を提供することを目的としている。

【００１０】また，本発明は、半導体素子の出荷後、素
子使用初期に素子特性が変化しない高信頼性を有する半
導体素子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。

【００１１】

【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、Ｖ族構成元素としてＮ（窒
素）及び他の１種以上のＶ族元素とIII族元素とから構
成される窒素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を少なく
とも有する半導体素子の製造方法において、半導体素子
のウエハを作製するウエハ作製工程と、半導体素子の出
荷前検査工程とを有し、前記ウエハ作製工程と前記出荷
前検査工程との間に、半導体素子のしきい値電流を低減
させるための電流通電を半導体素子に対して行う電流通
電工程が設けられていることを特徴としている。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体素子の製造方法において、前記電流通電工程
は、半導体素子からの光出力を監視し、半導体素子から
の光出力に応じて、通電する電流値を制御することを特
徴としている。

【００１３】また、請求項３記載の発明は、請求項１ま
たは２記載の半導体素子の製造方法において、前記III
−Ｖ族混晶半導体層は、Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ_yＡｓ_1-y（０≦
ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなることを特徴としている。

【００１４】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方
法において、半導体素子は面発光型半導体レーザであ
り、前記電流通電工程では、半導体素子をウエハ状態の
まま電流通電を行うことを特徴としている。

【００１５】また、請求項５記載の発明は、請求項４記
載の半導体素子の製造方法において、複数の電流通電用
プローブを用いて、ウエハ状態の複数の素子を一括して
個別に電流通電することを特徴としている。

【００１６】また、請求項６記載の発明は、請求項１乃
至請求項５のいずれか一項に記載の半導体素子の製造方
法を用いて作製された半導体素子である。

【００１７】また、請求項７記載の発明は、請求項６記
載の半導体素子を光源として用いていることを特徴とす
る光送信モジュールである。

【００１８】また、請求項８記載の発明は、請求項６記
載の半導体素子を光源として用いていることを特徴とす
る光送受信モジュールである。

【００１９】また、請求項９記載の発明は、請求項６記
載の半導体素子を光源として用いていることを特徴とす
る光通信システムである。

【００２０】

【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。

【００２１】本願の発明者は、Ｖ族構成元素としてＮ
（窒素）及び他の１種以上のＶ族元素とIII族元素とか
ら構成される窒素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を少
なくとも活性層に用いた半導体素子（例えば半導体レー
ザ）を電流通電すると、通電初期に半導体素子の特性が
大きく改善される現象が生じることを見出した。具体的
に、現象としては、発光素子の場合、電流通電すると、
時間とともに発光効率が急激に上昇していき、次第に飽
和し、特性が安定する。また、半導体レーザの場合、例
えばしきい値電流が１０％〜５０％程度、もしくは、そ
れ以上低減される。この現象は、注入する電流値が大き
いほど発光効率が上昇する効率が高く、特性が安定する
までの時間が短くて済むので、適切な通電条件とするこ
とで、製造工程を短縮化できる。このような現象は、窒
素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体層以外のＡｌＧａＡｓ
系など従来材料でもわずかに起こる場合があるが、その
場合でも例えば半導体レーザの場合、しきい値電流は、
わずか数％程変化するだけでる（すなわち、ほとんど変
化しない）。窒素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体層の場
合、結晶成長工程のみで高品質化を図るのは困難であ
り、何らかの後処理が必要であり、この場合、上記電流
通電工程の効果は大きい。

【００２２】上記の現象が起きる理由としては、原子や
欠陥が電気的に励起して原子や欠陥が移動，消滅するな
どにより活性層中の結晶欠陥が減少すること、また、電
流注入により活性層において発光し、この光エネルギー
により原子や欠陥が励起され、上記の現象が起こること
などが考えられる。このように、半導体素子に電流通電
すると、通電初期に半導体素子の特性が改善されること
がわかった。例えば半導体レーザの場合、結晶成長後に
熱処理を行い、ＰＬ（Ｐｈｏｔｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅ
ｎｃｅ）強度が強くなるなど結晶性を改善させた素子に
おいても、更に電流注入することで半導体素子の特性が
更に改善されることから、電流注入による効果は熱処理
よりも改善効果が大きいと思われる。

【００２３】本発明は、本願の発明者による上記知見に
基づいてなされたものである。

【００２４】すなわち、本発明は、Ｖ族構成元素として
Ｎ（窒素）及び他の１種以上のＶ族元素とIII族元素と
から構成される窒素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を
少なくとも有する半導体素子の製造方法において、半導
体素子のウエハを作製するウエハ作製工程と、半導体素
子の出荷前検査工程とを有し、ウエハ作製工程と出荷前
検査工程との間に、半導体素子のしきい値電流を１０％
〜５０％程度、もしくは、それ以上に低減させるための
電流通電を半導体素子に対して行う電流通電工程が設け
られていることを特徴としている。

【００２５】なお、本発明において、電流通電がなされ
る半導体素子とは、後述のように、製品として完成され
たもののみならず、製品として完成されていないウエハ
状態のものをも含めた広義な素子を指すものとする。こ
こで、ウエハ状態の素子とは、例えば、結晶成長がなさ
れ半導体素子としての機能は具備し、半導体素子として
は完成しているが、パッケージ等に実装される前の状態
の素子（例えば、個々の素子の物理的分離がなされてい
ない状態の素子）を意味している。

【００２６】ところで、従来、特開平１０−３２１６８
５号に示されているように、寿命の短い半導体素子（初
期不良モードの半導体素子）、つまり、しきい値電流が
大きく上昇する半導体素子が出荷されることを防止する
目的で、「スクリーニング試験」として電流通電処理を
行う所謂ｂｕｒｎ−ｉｎ工程を導入する場合がある。結
晶成長工程，成長後の素子化プロセス工程におけるウエ
ハ毎のばらつきの中から良品のウエハのみを選別するた
め、また、半導体レーザを実装しパッケージ化した後に
ｂｕｒｎ−ｉｎ工程を行える素子を選別するための検査
を行い、しかる後、この検査で合格した素子に対してｂ
ｕｒｎ−ｉｎ工程を行い、その後、出荷前検査を行い、
規格を満足する素子を選別し出荷する場合もある。

【００２７】しかしながら、本発明における電流通電工
程は、これらとは目的が異なる。

【００２８】すなわち、従来では、半導体素子のウエハ
を作製するウエハ作製工程を行なった後、半導体素子の
検査工程として、例えば、ｂｕｒｎ−ｉｎ工程へ進めな
い素子を選別するための最初の検査（電流−光出力特
性、電流−電圧特性等の標準的な検査）を行ない、しか
る後、ｂｕｒｎ−ｉｎ工程（スクリーニング試験）を行
ない、しかる後、出荷前検査工程を行なうようになって
いる。

【００２９】これに対し、本発明では、第１の実施形態
として、図１に示すように、半導体素子のウエハを作製
するウエハ作製工程を行なった後（ステップＳ１）、電
流通電工程へ進めない半導体素子を選別するための最初
の検査（電流−光出力特性、電流−電圧特性等の標準的
な検査）を行ない（ステップＳ２）、しかる後、しきい
値電流低減のための電流通電工程を行ない（ステップＳ
３）、しかる後、ｂｕｒｎ−ｉｎ工程へ進めない素子を
選別するための最初の検査（電流−光出力特性、電流−
電圧特性等の標準的な検査）を行ない（ステップＳ
４）、しかる後、ｂｕｒｎ−ｉｎ工程（初期不良素子選
別のためのスクリーニング試験）を行ない（ステップＳ
５）、しかる後、出荷前検査工程を行なうようになって
いる（ステップＳ６）。

【００３０】また、本発明では、第２の実施形態とし
て、図２に示すように、半導体素子のウエハを作製する
ウエハ作製工程を行なった後（ステップＳ１１）、しき
い値電流低減のための電流通電工程を行ない（ステップ
Ｓ１２）、しかる後、ｂｕｒｎ−ｉｎ工程へ進めない素
子を選別するための最初の検査（電流−光出力特性、電
流−電圧特性等の標準的な検査）を行ない（ステップＳ
１３）、しかる後、ｂｕｒｎ−ｉｎ工程（初期不良素子
選別のためのスクリーニング試験）を行ない（ステップ
Ｓ１４）、しかる後、出荷前検査工程を行なうようにな
っている（ステップＳ１５）。

【００３１】また、本発明では、第３の実施形態とし
て、図３に示すように、半導体素子のウエハを作製する
ウエハ作製工程を行なった後（ステップＳ２１）、ｂｕ
ｒｎ−ｉｎ工程へ進めない素子を選別するための最初の
検査（電流−光出力特性、電流−電圧特性等の標準的な
検査）を行ない（ステップＳ２２）、しかる後、しきい
値電流低減のための電流通電工程を兼ねたｂｕｒｎ−ｉ
ｎ工程（しきい値電流低減、及び初期不良素子選別のた
めのスクリーニング試験）を行ない（ステップＳ２
３）、しかる後、出荷前検査工程を行なうようになって
いる（ステップＳ２４）。すなわち、この第３の実施形
態では、しきい値電流低減のための電流通電工程は、ｂ
ｕｒｎ−ｉｎ工程を兼ねて行うことができる。

【００３２】このように、本発明の電流通電工程は、半
導体素子のしきい値電流を１０％〜５０％程度、もしく
は、それ以上に低減させるための電流通電工程であり、
上記第１乃至第３の実施形態からもわかるように、半導
体素子のウエハを作製するウエハ作製工程と半導体素子
の出荷前検査工程との間に行なわれることを特徴として
いる。

【００３３】本発明における上記電流通電工程（しきい
値電流低減のための電流通電工程）は、半導体素子から
の光出力を監視し、半導体素子からの光出力に応じて、
通電する電流値を制御することによってなされるのが良
い。

【００３４】すなわち、電流通電の効果は、注入する電
流値が大きいほど高い。例えば半導体レーザの場合、注
入する電流値が大きいほど発光効率が上昇する効率が高
く、特性が安定するまでの時間を短くできる。しかしな
がら、一定電流値で電流通電工程を行うと、通電試験開
始時には低光出力（例えば、初期には、しきい値電流近
傍）であっても、通電により効率が改善されて高光出力
となり、電流通電工程後には、しきい値電流の２〜３倍
の電流値となり、素子が破壊してしまう場合も生じる。
このような事態が生ずるのを防ぐために、電流通電工程
は、半導体素子からの光出力を監視し、半導体素子から
の光出力に応じて、通電する電流値を制御することが望
ましい。つまり、電流値を時間とともに低減することが
望ましい。例えば、光出力が一定になるようにＯＰＣ
（オートパワーコントロール）回路を用いる方法があ
る。これにより素子を破壊することなく電流通電工程を
行うことができる。

【００３５】また、本発明の半導体素子の製造方法にお
いて、半導体素子中の窒素を含んだIII−Ｖ族混晶半導
体層、すなわち、Ｖ族構成元素としてＮ（窒素）及び他
の１種以上のＶ族元素とIII族元素とから構成される窒
素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体層は、例えば、Ｇａ_xＩ
ｎ_1-xＮ_yＡｓ_1-y（０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１）などであ
る。

【００３６】すなわち、本発明は、例えば活性層にＧａ
ＩｎＮＡｓを用いた半導体発光素子に適用できる。活性
層にＧａＩｎＮＡｓを用いると、ＧａＡｓ基板上に０．
９μｍ以上の長波長帯半導体レーザを形成できる。すな
わち、ＧａＡｓ基板上には、ＡｌＧａＡｓ，（Ａｌ）Ｇ
ａＩｎＰ（Ａｓ）のようにワイドギャップの材料を形成
でき、活性層とのバンド不連続を大きく取れるので、従
来のＩｎＰ基板上の材料で形成した半導体レーザに比べ
て、キャリアの閉じ込めが良く温度特性の良い長波長帯
面発光レーザを得ることができる。

【００３７】また、本発明の半導体素子の製造方法にお
いて、半導体素子は、例えば、面発光型半導体発光素子
（面発光型半導体レーザ）である。この場合、後述のよ
うに、半導体素子をウエハ状態のまま電流通電を行うこ
とができる。

【００３８】具体的に、本発明は、例えば活性層にＧａ
ＩｎＮＡｓを用いた面発光型半導体発光素子に適用でき
る。活性層にＧａＩｎＮＡｓを用いると、ＧａＡｓ基板
上に０．９μｍ以上の長波長帯の面発光型半導体レーザ
を形成できる。ＧａＡｓ基板上には屈折率差の大きいＡ
ｌ（Ｇａ）Ａｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ系の材料を用いるこ
とができるので、従来のＩｎＰ基板上に形成した場合に
比べて半導体分布ブラッグ反射鏡の積総数低減効果は大
きく、高反射率が得られる。

【００３９】また、面発光型半導体レーザの場合、ウエ
ハ状態で各素子の電気的分離が容易であり、光出力がウ
エハ面に垂直方向に放射されるので、光出力のモニター
（監視）が容易であるなど、ウエハ状態のままでも各素
子個別に検査できるとともに、しきい値電流低減のため
の電流通電工程を容易に行うことができ、製造コストを
抑えられる。この場合、通常、素子に接触させるプロー
ブが用いられる。ウエハ状態で各素子個別に検査を行っ
た後、合格した素子についてはプローブを素子に接触さ
せたまま、引き続き、しきい値電流低減のための電流通
電工程を行うことが好ましい。なお、この場合、ウエハ
状態での検査とは、出荷検査ではなく、上記電流通電工
程に進む素子を選別するための検査である。従って、し
きい値電流低減のための電流通電工程を行なった後、素
子を実装し、出荷検査を行う。ここで、出荷検査前に初
期不良素子（寿命の短い素子）選別のためのｂｕｒｎ−
ｉｎ工程を行っても良い。また、電流通電工程とｂｕｒ
ｎ−ｉｎ工程とを兼ねて行っても良い。

【００４０】なお、上述の例では、半導体素子が面発光
型素子である場合に、半導体素子をウエハ状態のまま電
流通電できるとしたが、半導体素子が端面発光型素子の
場合でも、電気的に素子分離した構造とすることで、ウ
エハ状態のままで各素子個別に上記電流通電が可能であ
る。

【００４１】また、本発明の半導体素子の製造方法にお
いて、複数の電流通電用プローブを用いて、ウエハ状態
（例えば、個々の素子の物理的分離がなされていない状
態）の複数の素子を一括して個別に電流通電することが
できる。

【００４２】このように、ウエハ上に形成されている複
数の素子を一括して個別に電流通電することにより、短
時間で処理ができ、製造コストを抑えられる。半導体素
子が面発光型素子である場合にはウエハ一括処理がやり
やすいが、半導体素子が端面発光型素子である場合で
も、電気的に素子分離した構造であれば一括処理は可能
である。

【００４３】以上のように、本発明では、Ｖ族構成元素
としてＮ（窒素）及び他の１種以上のＶ族元素とIII族
元素とから構成される窒素を含んだIII−Ｖ族混晶半導
体層を少なくとも有する半導体素子の製造方法におい
て、半導体素子のウエハを作製するウエハ作製工程と半
導体素子の出荷前検査工程との間に、半導体素子のしき
い値電流を１０％〜５０％程度、もしくは、それ以上に
低減させるための電流通電を半導体素子に対して行う電
流通電工程が設けられていることで、安定した特性を有
する半導体素子（本発明の半導体素子）が得られる。特
性が安定すれば、出荷後の特性変化による不具合が生じ
なくなる。

【００４４】また、このようにして得られた本発明の半
導体素子を光源として用いた光送信モジュールを構成す
ることができる。

【００４５】この場合、低コストかつ安定した特性を有
する本発明の半導体素子を用いることによって、低コス
トで信頼性の高い光送信モジュールを実現することがで
きる。

【００４６】また、本発明の半導体素子を光源として用
いた光送受信モジュールを構成することもできる。

【００４７】この場合、低コストかつ安定した特性を有
する本発明の半導体素子を用いることによって、低コス
トで信頼性の高い光送受信モジュールを実現することが
できる。

【００４８】また、本発明の半導体素子を光源として用
いた光通信システムを構成することもできる。

【００４９】この場合、低コストかつ安定した特性を有
する本発明の半導体素子を用いることによって、低コス
トで信頼性の高い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。

【００５０】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。

【００５１】実施例１ 図４は実施例１の半導体素子（半導体レーザ素子）を示
す図である。実施例１では、簡単な構造であるリッジス
トライプ型レーザ（端面発光型）を例にして説明する。
また、実施例１の半導体レーザ素子は、層構造としては
ＳＣＨ−ＤＱＷ（Separate Confinement Heterostructu
re Double Quantum Well）構造である。

【００５２】図４の半導体レーザ素子は、面方位（１０
０）のｎ−ＧａＡｓ基板１上に、Ｓｅドープｎ−ＧａＡ
ｓバッファ層２，Ｓｅドープｎ−Ｇａ_0.5Ｉｎ_0.5Ｐ下部
クラッド層３（厚さが１．５μｍ），アンドープＧａＡ
ｓ下部光ガイド層４（厚さが１００ｎｍ），アンドープ
Ｇａ_0.63Ｉｎ_0.37Ｎ_0.006Ａｓ_0.994Ａｓ井戸層５ａとア
ンドープＧａＡｓバリア層５ｂ（厚さが１４．７ｎｍ）
からなる活性層５，アンドープＧａＡｓ上部光ガイド層
６（厚さが１００ｎｍ），Ｚｎドープｐ−Ｇａ _0.5Ｉｎ
_0.5Ｐ上部クラッド層７（厚さが１．５μｍ），Ｚｎド
ープｐ−ＧａＡｓコンタクト層８（厚さが０．３μｍ）
が順次に成長されている。

【００５３】ここで、井戸層５ａのＩｎ組成ｘは３７
％，窒素組成は０．６％とした。また、井戸層５ａの厚
さは７．７ｎｍとした。成長方法はＭＯＣＶＤ法で行っ
た。また、キャリアガスにはＨ₂を用いた。また、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），ＰＨ₃（フォ
スフィン），そして窒素の原料にはＤＭＨｙ（ジメチル
ヒドラジン）を用いた。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いる。実施例１
では、ＧａＩｎＮＡｓ層（５ａ）は５５０℃で成長し
た。特に歪みの大きい量子井戸層５ａを成長する場合は
例えば５００℃〜６００℃程度の低温成長が好ましい。

【００５４】ＧａＡｓ光ガイド層４，６も、ＧａＩｎＮ
Ａｓ層５ａと同じ５５０℃で成長し、上部光ガイド層６
を成長させた後、成長を中断し、基板温度を７００℃に
上げ、３分間熱処理を行った。

【００５５】その後、温度を６２０℃に下げ、Ｚｎドー
プ上部ＧａＩｎＰクラッド層７及びＧａＡｓコンタクト
層８を成長させた。次いで、エッチングにより幅７．５
μｍのリッジを形成し、ｐ側電極９をコンタクト層８上
に形成、また、基板１の裏面にｎ側電極１０を形成し
た。なお、図４において、符号１１はＳｉＯ₂絶縁膜で
ある。

【００５６】この実施例１では、上部光ガイド層６を成
長後、成長を中断し、基板温度を３分間７００℃に上げ
たこと、及び、６２０℃でのＺｎドープ上部クラッド層
７，ＧａＡｓコンタクト層８の成長が熱処理工程を兼ね
ている。ＧａＩｎＮＡｓ層５ａの成長温度より高い温度
で上部クラッド層７及びＧａＡｓコンタクト層８を成長
するだけでも効果はあるが、熱処理温度は、ＧａＩｎＮ
Ａｓ層５ａの成長温度よりも高い温度、例えば６５０℃
〜７８０℃程度の高温が好ましい。このような高温でＺ
ｎドープ上部クラッド層７を成長すると、ドープしてい
る不純物（この実施例１ではＺｎ）が活性領域（ＧａＩ
ｎＮＡｓ活性層５及びＧａＡｓ光ガイド層４，６）に拡
散し、内部損失を大きくするなど半導体レーザの特性を
悪くする原因になってしまう。このため、不純物をドー
プするクラッド層７の成長温度は、拡散を低減するため
にできるだけ低い温度での成長が適しており、不純物を
ドープするクラッド層７の成長前に、高温での熱処理工
程を設けるのが好ましかった。このような熱処理工程を
設けることで、ＧａＩｎＮＡｓ活性層５の結晶性が改善
し、発光強度は強くなる。

【００５７】しかしながら、この熱処理工程だけでは不
充分であった。作製した半導体レーザ素子を測定した。
例えば共振器長２４０μｍの素子では、始め５０ｍＡで
あったが、しきい値の１．１倍である５５ｍＡで５分通
電した後にもう一度測定したら、しきい値電流は２７ｍ
Ａになり、約５０％低減した。他の素子では、５０％を
超えて低減するものもあった。なお、これは市販のレー
ザーテスターでごくわずかの時間で電流値を増加させて
測定した例である。別の素子をマニュアルでゆっくり電
流値を増加させていったら、電流値の増加分では説明で
きないほどの速度で見る見るうちに光出力が増加してい
くのがわかった。このわずかな時間の電流注入で発光効
率が向上しているためである。この素子の電流−光出力
を測定したところ、しきい値電流は３２ｍＡであった。
しきい値の１．１倍である３５ｍＡで５分通電した後に
もう一度測定したら、しきい値電流は、２７ｍＡにな
り、約２０％低減した。発振波長は約１．３μｍであっ
た。２５℃〜８０℃における特性温度は２００Ｋを超
え、非常に良好であった。また結晶性が良好なので長寿
命であった。発振波長は、窒素組成，Ｉｎ組成及び井戸
層の厚さ等の制御で可能である。

【００５８】上述の例では、ＭＯＣＶＤ法での成長の例
を示したが、ＭＢＥ法等の他の成長方法を用いることも
できる。また窒素の原料にＤＭＨｙを用いたが、活性化
した窒素やＮＨ₃等他の窒素化合物を用いることもでき
る。また、積層構造として２重量子井戸構造（ＤＱＷ）
の例を示したが、他の井戸数の量子井戸を用いた構造
（ＳＱＷ，ＭＱＷ）等を用いることもできる。また、各
層の組成厚さ等は、必要に応じて、他の値を設定でき
る。また、クラッド層３，７には、ＧａＩｎＰと同様に
ワイドギャップのＡｌＧａＡｓを用いることもできる。
また、レーザの構造も他の構造にしてもかまわない。

【００５９】実施例２ 図５（ａ），（ｂ）は実施例２の面発光型半導体レーザ
を示す図である。なお、図５（ｂ）は図５（ａ）におけ
る活性領域の拡大図である。図５の面発光型半導体レー
ザは、２インチの大きさの面方位（１００）のｎ−Ｇａ
Ａｓ基板２１上に、それぞれの媒質内における発振波長
の１／４倍の厚さでｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝１．
０）とｎ−ＧａＡｓを交互に３５周期積層した周期構造
からなるｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（下部反射鏡）
２２が形成されており、下部反射鏡２２上には、アンド
ープ下部ＧａＡｓスペーサ層２３，３層のＧａ_xＩｎ_1-x
Ｎ_yＡｓ_1-y（０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１）井戸層２４ａと
ＧａＡｓバリア層２４ｂ（厚さが１５ｎｍ）からなる多
重量子井戸活性層２４，アンドープ上部ＧａＡｓスペー
サ層２５，Ｃドープのｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．
９）とＧａＡｓ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（２５周期）
とからなる半導体分布ブラッグ反射鏡（上部反射鏡）２
６が順次に成長されている。ここで、上部反射鏡２６の
最上部のｐ−ＧａＡｓ層２７は電極とコンタクトを取る
コンタクト層（ｐ−コンタクト層）を兼ねている。

【００６０】また、上記のように、活性層２４には、窒
素と他のＶ族材料Ａｓとを含んだ混晶半導体であるＧａ
ＩｎＮＡｓを用いている。ここで、井戸層２４ａのＩｎ
組成ｘは３７％，窒素組成は０．５％とした。また、井
戸層２４ａの厚さは７ｎｍとした。そして、活性層２４
は、ＧａＡｓ基板２１に対して約２．５％の圧縮歪を有
していた。

【００６１】また、この面発光型半導体レーザの成長方
法は、ＭＯＣＶＤ法で行った。ＭＯＣＶＤ法は過飽和度
が高く高歪活性層の成長に適している。また、ＭＯＣＶ
Ｄ法は、ＭＢＥ法のように高真空を必要としないこと、
原料ガスの供給で制御できることなどにより量産性にも
優れている。原料にはＴＭＡ（トリメチルアルミニウ
ム），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），ＰＨ₃（フォ
スフィン）、そして窒素の原料にはＤＭＨｙ（ジメチル
ヒドラジン）を用いた。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。この実施例２の素子の活性層２４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
実施例２では、ＧａＩｎＮＡｓ層は５５０℃で成長し
た。キャリアガスにはＨ₂を用いた。また、多重量子井
戸活性層２４と上下スペーサ層２３，２５は、６００℃
以下で低温成長しており、格子緩和は見られなかった。
また、上部反射鏡２６は活性層２４よりも高い６６０℃
で成長し、熱処理効果を得た。ここで、ｐ側には拡散し
にくいＣをドーパントとして用いたので、高温化しても
拡散を防ぐことができた。

【００６２】また、図５の面発光型半導体レーザでは、
電流経路外の部分をプロトン（Ｈ⁺）照射によって絶縁
層（高抵抗部）を作って電流狭さく部分２８を形成し
た。また、２インチウエハ上にドライエッチングにより
素子分離を行った。素子のピッチは例えば５００μｍと
した。また、ｐ−コンタクト層２７上に光取り出し口と
なる光出射部３１を除いてｐ側電極２９を形成し、基板
２１の裏面にはｎ側電極３０を形成した。なお、ｐ側電
極２９は個別動作できるように分離してある。

【００６３】この実施例２に示すＧａＩｎＮＡｓのよう
に、Ｖ族構成元素としてＮ（窒素）及び他の１種以上の
Ｖ族元素とIII族元素とから構成される窒素を含んだIII
−Ｖ族混晶半導体層を少なくとも活性層に用いた半導体
素子を電流通電すると、通電初期に半導体素子の特性が
大きく改善されることがわかった。発光素子の場合、現
象としては電流通電すると時間とともに発光効率が上昇
していき、次第に飽和し、特性が安定する。このような
現象は、窒素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体層以外のＡ
ｌＧａＡｓ系など従来材料でもわずかに起こる場合があ
るが、その場合でも例えば半導体レーザの場合、しきい
値電流は、わずか数％程変化するだけでる（すなわち、
ほとんど変化しない）。窒素を含んだIII−Ｖ族混晶半
導体層の場合、結晶成長工程のみで高品質化を図るのは
困難であり、何らかの後処理が必要であり、この場合、
上記電流通電工程の効果は大きい。

【００６４】この現象が起きる理由としては、前述した
ように、原子や欠陥が電気的に励起して原子や欠陥が移
動，消滅するなどにより活性層中の結晶欠陥が減少する
こと、また、電流注入により活性層において発光し、こ
の光エネルギーにより原子や欠陥が励起され、上記の現
象が起こることなどが考えられる。このように、半導体
素子に電流通電すると、通電初期に半導体素子の特性が
改善されることがわかった。例えば半導体レーザの場
合、結晶成長後に熱処理を行い、ＰＬ（Ｐｈｏｔｏ Ｌ
ｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）強度が強くなるなど結晶性を
改善させた素子においても、更に電流注入することで半
導体素子の特性が更に改善されることから、電流注入に
よる効果は熱処理よりも改善効果が大きいと思われる。

【００６５】そこで、図５の面発光型半導体レーザにつ
いて、ウエハ作製工程が終わったあと、電流通電工程を
行った。電流通電工程は、ウエハ状態のまま、イニシャ
ルテスト用プローブを用いて、電流通電工程へ進めない
半導体素子を選別するための最初の検査を行った後に行
った。

【００６６】図６は電流通電工程の概略を示す図であ
る。電流通電の効果は、注入する電流値が大きいほど高
い。発光素子の場合、注入する電流値が大きいほど発光
効率が上昇する効率が高く、特性が安定するまでの時間
が短くて済むので、適切な通電条件とすることで、電流
通電工程を短縮化でき、結果として製造工程を短縮化で
きる。しかしながら、一定電流値で電流通電工程を行う
と、通電試験開始時には低光出力であっても、通電によ
り効率が改善され、高出力となり、素子が破壊してしま
う場合も生じる。よって素子が破壊される心配をするこ
となく電流通電工程を短縮化するためには、素子からの
光出力を受光素子でモニターし通電する電流値を制御す
ることが好ましい。つまり電流値を時間とともに低減す
る必要がある。例えば図６に示すように、光出力が一定
出力になるように、ＡＰＣ（オートパワーコントロー
ル）回路を用いて電源の出力を制御する方法がある。図
７には、電流−光出力特性の一例が示されている。図７
を参照すると、まず、素子には電流値Ｉ１を流し、光出
力Ｌ１が一定になるようにＡＰＣ回路で電流値を制御し
た。その結果、電流はＩ１からＩ２に変化し、Ｉ２で安
定した。これにより、素子を破壊することなく電流通電
工程を行うことができた。その後、素子特性測定を行っ
た。

【００６７】この実施例２では、ウエハ作製工程が終わ
った後に電流通電工程を行ったが、素子を分離（切断）
し実装して出荷する形態にした後など、結晶成長終了
後、出荷検査の前に行うことができる。なお、通電時間
は、条件により異なるが、数秒から数十分程度で行うこ
とができる。

【００６８】この実施例２では、Ｉ１に対してＩ２の値
は１０％〜３０％程度低かった。これはスロープ効率
（発振特性の傾き）の向上分も含んでいる。つまり、電
流通電工程によりスロープ効率も向上する。しかし、こ
の効果は実施例１の素子と比べて小さい。この違いは、
上部クラッド層の成長温度が高いための熱処理効果の違
いと考えられる。また、面発光型半導体レーザの方が動
作電流密度が高いために、最初の測定中に効果が現れて
しまい、見かけ上効果が小さくなったのかもしれない。
なお、これらのしきい値電流の大きな低減効果は、従来
材料の素子ではほとんど見られず、あっても数％程度で
あった。ＧａＩｎＮＡｓのような窒素と他のＶ族を同時
に含んだ材料を活性層とした場合、しきい値電流を１０
％〜５０％程度、若しくはそれ以上低減させための電流
通電工程が特別に必要であることがわかった。

【００６９】更に、この実施例２のように面発光型半導
体レーザの場合、ウエハ状態で各素子の電気的分離が容
易であり、光出力がウエハ面に垂直方向に放射されるの
で、光出力のモニターが容易であるなど、ウエハ状態の
ままでも各素子個別に上記電流通電を容易に行うことが
でき、製造コストを抑えられる。ただし、端面発光型素
子でも電気的に素子分離した構造であれば、ウエハ状態
のままで各素子個別に上記電流通電は可能である。端面
発光型の場合、光出力のモニターは工夫が必要である。

【００７０】この実施例２で作製した面発光型半導体レ
ーザの発振波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡ
ｓを活性層に用いたので、ＧａＡｓ基板上に長波長帯の
面発光レーザを形成できた。この波長は、ＧａＡｓ基板
やＳｉ半導体基板に対して透明である。この実施例２で
は、結晶成長した表面から光を取り出す構造としている
が、ＧａＡｓ基板側からの光の取り出しも可能である。
また、Ｓｉ基板上に電子素子と光素子を集積した回路チ
ップにおいて、Ｓｉ基板を通した光伝送が可能となる。

【００７１】上述の例では、ＭＯＣＶＤ法での成長の例
を示したが、ＭＢＥ法等の他の成長方法を用いることも
できる。また、窒素の原料にＤＭＨｙを用いたが、活性
化した窒素やＮＨ₃等他の窒素化合物を用いることもで
きる。また、積層構造として、３重量子井戸構造（ＴＱ
Ｗ）の例を示したが、他の井戸数の量子井戸を用いた構
造（ＳＱＷ，ＭＱＷ）等を用いることもできる。レーザ
の構造も他の構造にしてもかまわない。

【００７２】波長１．１μｍ〜１．３μｍの半導体レー
ザは、従来適した材料がなかったが、ＧａＩｎＮＡｓを
用いることにより、波長１．１μｍ〜１．３μｍの半導
体レーザの実現が可能となる。さらに、組成を変えるこ
とで１．５５μｍ帯、更にはもっと長波長の面発光レー
ザも可能となる。更に、ＧａＡｓＳｂ活性層でも１．１
μｍ〜１．３μｍの半導体レーザは実現可能であるが、
伝導帯バンド不連続が小さく注入キャリアの漏れなどの
ために高性能化は困難である。しかし、ＧａＩｎＮＡｓ
活性層の場合、従来高性能化が困難であった１．３μｍ
帯，１．５５μｍ帯等の長波長において、高性能な面発
光型半導体レーザを実現できる。

【００７３】実施例３ 図８は実施例３の電流通電工程の概略を示す図である。
実施例３が実施例２と違うところは、電流通電工程を、
複数の電流通電用プローブを用いて、ウエハ状態のまま
行っている点である。この実施例３では、８個のプロー
ブを用いてウエハ状態（例えば、個々の素子の物理的分
離がなされていない状態）の８素子を同時に電流通電し
ているが、これに限るものではない。また、実施例３で
は、電流通電工程は一定電流値で行った。素子が破壊さ
れないように、例えば電流通電工程後のしきい値電流値
の５倍以下の電流値で行うなど、電流値に制限を設ける
ことで、一定電流値でも可能となる。なお、光励起によ
る改善効果を得るためにも、少なくともしきい値電流値
以上で行うことが望ましい。

【００７４】この実施例３のようにウエハ状態の複数の
素子を一括して同時に個別に電流通電することにより、
更に短時間で処理ができ、製造コストを抑えられる。元
々面発光レーザは、ウエハ状態のまま、素子特性評価，
検査が可能であるメリットがあり、低コスト化に向いて
いる。よって、本発明の電流通電工程を検査の前にウエ
ハ状態のまま行うことで、コスト上昇を抑えることがで
きる。

【００７５】この実施例３のように面発光型半導体レー
ザである場合、ウエハ一括処理がやりやすいが、端面型
素子でも電気的に素子分離した構造であれば、一括処理
は可能である。

【００７６】実施例４ 図９（ａ），（ｂ）は実施例４の面発光型半導体レーザ
を示す図である。なお、図９（ｂ）は図９（ａ）におけ
る活性領域の拡大図である。この実施例４の面発光型半
導体レーザが素子構造上実施例１と主に違うところは、
電流狭さく構造２２０，２３０である。

【００７７】図９を参照すると、この面発光型半導体レ
ーザは、２インチの大きさの面方位（１００）のｎ−Ｇ
ａＡｓ基板２０１上に、それぞれの媒質内における発振
波長の１／４倍の厚さでｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝
０．９）とｎ−ＧａＡｓを交互に３５周期積層した周期
構造からなるｎ−半導体分布ブラッグ反射鏡（下部反射
鏡）２０２が形成され、その上に、アンドープ下部Ｇａ
Ａｓスペーサ層２０５，３層のＧａ_xＩｎ_1-xＮ_yＡｓ_1-y
（０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１）井戸層２０６ａとＧａＡｓ
バリア層２０６ｂ（厚さが１５ｎｍ）からなる多重量子
井戸活性層２０６，アンドープ上部ＧａＡｓスペーサ層
２０７，ｐ−半導体分布ブラッグ反射鏡（上部反射鏡）
２０９が形成されている。

【００７８】ここで、上部反射鏡２０９は、被選択酸化
層２３０となるＡｌＡｓをＡｌＧａＡｓで挟んだ３λ／
４厚さの低屈折率層２４０（λ／４−１５ｎｍのＣドー
プｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．９）、Ｃドープｐ−
ＡｌＡｓ被選択酸化層２３０（厚さが３０ｎｍ）、２λ
／４−１５ｎｍのＣドープのｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ
＝０．９））と厚さλ／４のＧａＡｓ（１周期）、及び
Ｃドープのｐ−Ａｌ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．９）とｐ−
ＧａＡｓ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（２５周期）からな
っている。また、この上部反射鏡２０９の最上部のｐ−
ＧａＡｓ層２１０は、電極２１２とコンタクト（ｐ−コ
ンタクト層）を取るコンタクト層を兼ねている。

【００７９】また、活性層２０６において、井戸層２０
６ａのＩｎ組成ｘは３７％，窒素組成は０．５％とし
た。また、井戸層２０６ａの厚さは７ｎｍとした。そし
て，活性層２０６は、ＧａＡｓ基板２０１に対して約
２．５％の圧縮歪を有していた。また、この面発光型半
導体レーザの成長方法はＭＯＣＶＤ法で行った。ＭＯＣ
ＶＤ法は過飽和度が高く高歪活性層の成長に適してい
る。また、ＭＯＣＶＤ法は、ＭＢＥ法のように高真空を
必要としないこと、原料ガスの供給で制御できることな
どにより量産性にも優れている。原料にはＴＭＡ（トリ
メチルアルミニウム），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），ＰＨ₃（フォスフィン）、そして窒素の原料
にはＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用いた。ＤＭＨ
ｙ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。この実施例４の素子の
活性層２０６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。この実施例４では、ＧａＩｎＮＡ
ｓ層は５４０℃で成長した。キャリアガスにはＨ₂を用
いた。また、多重量子井戸活性層２０６と上下スペーサ
層２０５，２０７は、６００℃以下で低温成長してお
り、格子緩和は見られなかった。

【００８０】また，図９の面発光型半導体レーザでは、
所定の大きさのメサ（ポスト状（柱状）積層構造）を少
なくともｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層２３０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Ａｌ_xＯ_y電流狭さく部２２０を形成した。そ
して次に、ポリイミド膜２２１でエッチング部を埋め込
んで平坦化し、ｐ−コンタクト層２１０と光出射部２１
４のある上部反射鏡２０９上のポリイミドを除去し、ｐ
−コンタクト層２１０上の光出射部２１４以外にｐ側電
極２１２を形成した。また、基板２０１の裏面にｎ側電
極２１３を形成した。

【００８１】そして，実施例４では、電流通電工程は、
素子を分離（切断）し実装して出荷する形態にした後
に、電流通電工程とｂｕｒｎ−ｉｎ工程とを兼ねて行っ
た。なお、この工程は、結晶成長終了後、出荷検査の前
に行うことができる。

【００８２】作製した面発光型半導体レーザの発振波長
は約１．３μｍであった。実施例４の面発光型半導体レ
ーザでは、ＧａＩｎＮＡｓを活性層２０６に用いたの
で、ＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光レーザを形成で
きた。また、ＡｌとＡｓを主成分とした被選択酸化層２
３０の選択酸化により電流狭さく部２２０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部を用いた電流狭さ
く構造によると、電流狭さく部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。更に、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、しきい値電流は低減される。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。これらのように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を実現できた。

【００８３】実施例５ 図１０は実施例４の１．３μｍ帯ＧａＩｎＮＡｓ面発光
型半導体レーザと石英系光ファイバーとを組み合わせた
光送信モジュールの概要を示す図である。この光送信モ
ジュールでは、半導体レーザからの光信号が光ファイバ
ーに入力され、伝送されるようになっている。このよう
な光送信モジュールにおいて、発振波長の異なる複数の
半導体レーザを１次元または２次元にアレイ状に配置し
て、波長多重送信により伝送速度を増加できる。また、
半導体レーザを１次元または２次元にアレイ状に配置
し、それぞれに対応する複数の光ファイバーからなる光
ファイバー束とを結合させて伝送速度を増加できる。

【００８４】本発明による面発光型半導体レーザ等の半
導体素子（半導体発光素子）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、さらに、この光送信モジュールを用いた低コストで
高信頼の光通信システムを実現できる。また、ＧａＩｎ
ＮＡｓを用いた面発光型半導体レーザは、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。

【００８５】実施例６ 図１１は実施例４の１．３μｍ帯ＧａＩｎＮＡｓ面発光
型半導体レーザ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受信モジュールの概要を示す図
である。

【００８６】本発明による面発光型半導体レーザ等の半
導体素子（発光素子）を光通信システムに用いる場合、
本発明による半導体素子（発光素子）は信頼性が高く、
特に面発光型半導体レーザは低コストのものであるの
で、送信用半導体レーザ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、ＧａＩｎＮＡｓを用いた面発光型半導体レーザの場
合、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。更に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半導体レーザ
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。

【００８７】本発明による面発光型半導体レーザを用い
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（Ｌｏ
ｃａｌ 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、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。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
クトで行うと、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、超高速コンピュータシステムが可能となる。また、
複数のコンピュータシステム等を上記光送信モジュール
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できる。

【００８８】特に面発光型半導体レーザは端面発光型レ
ーザに比べて桁違いに低消費電力化が可能であり、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。

【００８９】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項５記載の発明によれば、Ｖ族構成元素としてＮ（窒
素）及び他の１種以上のＶ族元素とIII族元素とから構
成される窒素を含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を少なく
とも有する半導体素子の製造方法において、半導体素子
のウエハを作製するウエハ作製工程と、半導体素子の出
荷前検査工程とを有し、前記ウエハ作製工程と前記出荷
前検査工程との間に、半導体素子のしきい値電流を低減
させるための電流通電を半導体素子に対して行う電流通
電工程が設けられているので、始めから低しきい値電流
で動作し、出荷後しきい値電流が低下するなどの経時変
化することなく安定した特性の半導体素子を提供でき
る。すなわち、半導体素子の出荷後、素子使用初期に素
子特性が変化しない高信頼性を有する半導体素子を提供
できる。

【００９０】特に、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載の半導体素子の製造方法において、前記電流通
電工程は、半導体素子からの光出力を監視し、半導体素
子からの光出力に応じて、通電する電流値を制御するの
で、素子を破壊することなく電流通電工程を行うことが
できる。

【００９１】また、請求項３記載の発明によれば、請求
項１または２記載の半導体素子の製造方法において、前
記III−Ｖ族混晶半導体層は、Ｇａ_xＩｎ_1-xＮ_yＡｓ_1-y
（０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からなるので、例えば活性
層にＧａＩｎＮＡｓを用いた半導体発光素子に適用でき
る。活性層にＧａＩｎＮＡｓを用いると、ＧａＡｓ基板
上に０．９μｍ以上の長波長帯半導体レーザを形成でき
る。ＧａＡｓ基板上にはＡｌＧａＡｓ，（Ａｌ）ＧａＩ
ｎＰ（Ａｓ）のようにワイドギャップの材料を形成でき
るので、活性層とのバンド不連続を大きく取れるため、
従来のＩｎＰ基板上の材料で形成した半導体レーザに比
べて、キャリアの閉じ込めが良く温度特性の良い長波長
帯面発光型半導体レーザを提供できる。

【００９２】また、請求項４記載の発明によれば、例え
ば活性層にＧａＩｎＮＡｓを用いた面発光型半導体発光
素子に適用できる。活性層にＧａＩｎＮＡｓを用いる
と、ＧａＡｓ基板上に０．９μｍ以上の長波長帯半導体
レーザを形成できる。ＧａＡｓ基板上には屈折率差の大
きいＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ系の材料を用
いることができるので、従来のＩｎＰ基板上に形成した
場合に比べて半導体分布ブラッグ反射鏡の積総数低減効
果は大きく、高反射率が得られる。

【００９３】更に面発光型半導体レーザの場合、ウエハ
状態で各素子の電気的分離が容易であり、光出力がウエ
ハ面に垂直方向に放射されるので、光出力のモニターが
容易であるなど、ウエハ状態のままでも各素子個別に上
記電流通電工程を容易に行うことができ、製造コストを
抑えられる。端面型素子でも素子分離した構造であれば
ウエハ状態のままで各素子個別に上記電流通電が可能で
ある。

【００９４】また、請求項５記載の発明によれば、ウエ
ハ状態の複数の素子を一括して個別に電流通電すること
により、短時間で処理ができ、製造コストを抑えられ
る。半導体素子が面発光型半導体レーザである場合、ウ
エハ一括処理がやりやすいが、端面型素子でも素子分離
した構造であれば、一括処理は可能である。

【００９５】また、請求項６記載の発明によれば、請求
項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の半導体素子の
製造方法を用いて作製された半導体素子であるので、安
定した特性を有する半導体素子が得られる。特性が安定
すれば、出荷後の特性変化による不具合が生じなくな
る。

【００９６】また、請求項７記載の発明によれば、請求
項６記載の半導体素子を光源として用いていることを特
徴とする光送信モジュールであり、上記のように低コス
トで安定した特性を有する優れた半導体素子を用いるこ
とによって、低コストで信頼性の高い光送信モジュール
を実現することができる。

【００９７】また、請求項８記載の発明によれば、請求
項６記載の半導体素子を光源として用いていることを特
徴とする光送受信モジュールであり、上記のように低コ
ストで安定した特性を有する優れた半導体素子を用いる
ことによって、低コストで信頼性の高い光送受信モジュ
ールを実現することができる。

【００９８】また、請求項９記載の発明によれば、請求
項６記載の半導体素子を光源として用いていることを特
徴とする光通信システムであり、上記のように低コスト
で信頼性の高い優れた半導体素子を用いることによっ
て、低コストで信頼性の高い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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体素子の製造方法の第１の実
施形態を示す図である。

【図２】本発明に係る半導体素子の製造方法の第２の実
施形態を示す図である。

【図３】本発明に係る半導体素子の製造方法の第３の実
施形態を示す図である。

【図４】実施例１の半導体素子（半導体レーザ素子）を
示す図である。

【図５】実施例２の面発光型半導体レーザを示す図であ
る。

【図６】電流通電工程の概略を示す図である。

【図７】電流−光出力特性の一例を示す図である。

【図８】実施例３の電流通電工程の概略を示す図であ
る。

【図９】実施例４の面発光型半導体レーザを示す図であ
る。

【図１０】実施例４の１．３μｍ帯ＧａＩｎＮＡｓ面発
光型半導体レーザと石英系光ファイバーとを組み合わせ
た光送信モジュールの概要を示す図である。

【図１１】実施例４の１．３μｍ帯ＧａＩｎＮＡｓ面発
光型半導体レーザ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受信モジュールの概要を示す
図である。

【符号の説明】

１ ＧａＡｓ基板 ２ バッファ層 ３ 下部クラッド層 ４ 下部光ガイド層 ５ 活性層 ５ａ 井戸層 ５ｂ バリア層 ６ 上部光ガイド層 ７ 上部クラッド層 ８ コンタクト層 ９ ｐ側電極 １０ ｎ側電極 ２１ ＧａＡｓ基板 ２２ 下部反射鏡 ２３ スペーサ層 ２４ 活性層 ２４ａ 井戸層 ２４ｂ バリア層 ２５ スペーサ層 ２６ 上部反射鏡 ２７ コンタクト層 ２８ 電流狭さく部分 ２９ ｐ側電極 ３０ ｎ側電極 ２０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２０２ ｎ−ＡｌＧａＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ層 ２０３ ｎ−ＧａＩｎＰ層 ２０４ 下部反射鏡 ２０５ 下部ＧａＡｓスペーサ層 ２０６ 多重量子井戸活性層 ２０７ 上部ＧａＡｓスペーサ層 ２０８ ＧａＩｎＰ層 ２０９ 上部反射鏡 ２３０ ＡｌＡｓ層 ２１０ コンタクト層 ２２０ 電流狭さく部 ２２１ ポリイミド（絶縁膜） ２１４ 光出射部 ２１２ ｐ側電極 ２１３ ｎ側電極

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｖ族構成元素としてＮ（窒素）及び他の
   １種以上のＶ族元素とIII族元素とから構成される窒素
   を含んだIII−Ｖ族混晶半導体層を少なくとも有する半
   導体素子の製造方法において、半導体素子のウエハを作
   製するウエハ作製工程と、半導体素子の出荷前検査工程
   とを有し、前記ウエハ作製工程と前記出荷前検査工程と
   の間に、半導体素子のしきい値電流を低減させるための
   電流通電を半導体素子に対して行う電流通電工程が設け
   られていることを特徴とする半導体素子の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体素子の製造方法に
   おいて、前記電流通電工程は、半導体素子からの光出力
   を監視し、半導体素子からの光出力に応じて、通電する
   電流値を制御することを特徴とする半導体素子の製造方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の半導体素子の製
   造方法において、前記III−Ｖ族混晶半導体層は、Ｇａ_x
   Ｉｎ_1-xＮ_yＡｓ_1-y（０≦ｘ≦１，０＜ｙ＜１）からな
   ることを特徴とする半導体素子の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に
   記載の半導体素子の製造方法において、半導体素子は面
   発光型半導体レーザであり、前記電流通電工程では、半
   導体素子をウエハ状態のまま電流通電を行うことを特徴
   とする半導体素子の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の半導体素子の製造方法に
   おいて、複数の電流通電用プローブを用いて、ウエハ状
   態の複数の素子を一括して個別に電流通電することを特
   徴とする半導体素子の製造方法。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
   記載の半導体素子の製造方法を用いて作製された半導体
   素子。
7. 【請求項７】 請求項６記載の半導体素子を光源として
   用いていることを特徴とする光送信モジュール。
8. 【請求項８】 請求項６記載の半導体素子を光源として
   用いていることを特徴とする光送受信モジュール。
9. 【請求項９】 請求項６記載の半導体素子を光源として
   用いていることを特徴とする光通信システム。