JP2003179310A - 半導体発光素子の製造方法、および該方法を用いて形成した半導体発光素子、面発光型半導体レーザ素子、ならびに該面発光型半導体レーザ素子を用いた光通信システム - Google Patents
半導体発光素子の製造方法、および該方法を用いて形成した半導体発光素子、面発光型半導体レーザ素子、ならびに該面発光型半導体レーザ素子を用いた光通信システムInfo
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- JP2003179310A JP2003179310A JP2002274396A JP2002274396A JP2003179310A JP 2003179310 A JP2003179310 A JP 2003179310A JP 2002274396 A JP2002274396 A JP 2002274396A JP 2002274396 A JP2002274396 A JP 2002274396A JP 2003179310 A JP2003179310 A JP 2003179310A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 面発光半導体レーザ素子の製造技術を改良
し、高品質で実用レベルのGaInNAs面発光型半導体レー
ザ素子の製造方法、半導体発光素子、面発光半導体レー
ザ素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、光通
信システムを提供。 【解決手段】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
含む半導体層を設けた半導体発光素子において、Ａｌを
含む半導体層と窒素を含む活性層はそれぞれ有機金属Ａ
ｌ原料と窒素化合物原料を用いて成長されており、Ａｌ
を含む半導体層２０２と窒素を含む活性層２０４との間
にＧａＮＡｓ層２１３（またはＧａＩｎＮＡｓ層）が形
成されることを特徴とする。
し、高品質で実用レベルのGaInNAs面発光型半導体レー
ザ素子の製造方法、半導体発光素子、面発光半導体レー
ザ素子、光送信モジュール、光送受信モジュール、光通
信システムを提供。 【解決手段】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
含む半導体層を設けた半導体発光素子において、Ａｌを
含む半導体層と窒素を含む活性層はそれぞれ有機金属Ａ
ｌ原料と窒素化合物原料を用いて成長されており、Ａｌ
を含む半導体層２０２と窒素を含む活性層２０４との間
にＧａＮＡｓ層２１３（またはＧａＩｎＮＡｓ層）が形
成されることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主に光通信用半導
体レーザ技術に係り、特に面発光半導体レーザの製造方
法、該方法を用いて形成した面発光半導体レーザ、該面
発光半導体レーザ素子を用いた光送信モジュール，光送
受信モジュール，光通信システムに関する。
体レーザ技術に係り、特に面発光半導体レーザの製造方
法、該方法を用いて形成した面発光半導体レーザ、該面
発光半導体レーザ素子を用いた光送信モジュール，光送
受信モジュール，光通信システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、インターネットの爆発的普及に見
られるように扱われる情報量が飛躍的に増大しており、
今後さらに加速すると考えられる。このため幹線系のみ
ならず、各家庭やオフィスといった加入者系やＬＡＮ(L
ocal Area Network)などのユーザに近い伝送路、さらに
は各機器間や機器内の配線へも光ファイバーが導入さ
れ、光による大容量情報伝送技術が極めて重要となる。
られるように扱われる情報量が飛躍的に増大しており、
今後さらに加速すると考えられる。このため幹線系のみ
ならず、各家庭やオフィスといった加入者系やＬＡＮ(L
ocal Area Network)などのユーザに近い伝送路、さらに
は各機器間や機器内の配線へも光ファイバーが導入さ
れ、光による大容量情報伝送技術が極めて重要となる。
【０００３】そして、安価で、距離を気にしないで光ネ
ットワーク、光配線の大容量化を図るためには、光源と
してシリカファイバーの伝送ロスが小さく整合性の良い
１.３μｍ帯、１.５５μｍ帯の面発光型半導体レーザ素
子（VCSEL:Vertical CavitySurface Emitting Laser：
垂直空洞面発光型半導体レーザ素子)は極めて有望であ
る。面発光型半導体レーザ素子は端面発光型レーザに比
べて、低価格、低消費電力、小型、２次元集積化に向
き、実際にGaAs基板上に形成できる０.８５μｍ帯では
すでに高速ＬＡＮである１Gbit/sのイーサネット（登録
商標）などで実用化されている。
ットワーク、光配線の大容量化を図るためには、光源と
してシリカファイバーの伝送ロスが小さく整合性の良い
１.３μｍ帯、１.５５μｍ帯の面発光型半導体レーザ素
子（VCSEL:Vertical CavitySurface Emitting Laser：
垂直空洞面発光型半導体レーザ素子)は極めて有望であ
る。面発光型半導体レーザ素子は端面発光型レーザに比
べて、低価格、低消費電力、小型、２次元集積化に向
き、実際にGaAs基板上に形成できる０.８５μｍ帯では
すでに高速ＬＡＮである１Gbit/sのイーサネット（登録
商標）などで実用化されている。
【０００４】１.３μｍ帯ではInP基板上の材料系が一般
的であり、端面発光型レーザでは実績がある。しかし、
この従来の長波長帯半導体レーザでは、環境温度が室温
から８０℃になると動作電流が３倍にも増加する大きな
欠点を持っている。また、面発光型半導体レーザ素子に
おいては反射鏡に適した材料がないため高性能化は困難
であり、実用レベルの特性が得られていないのが現状で
ある。
的であり、端面発光型レーザでは実績がある。しかし、
この従来の長波長帯半導体レーザでは、環境温度が室温
から８０℃になると動作電流が３倍にも増加する大きな
欠点を持っている。また、面発光型半導体レーザ素子に
おいては反射鏡に適した材料がないため高性能化は困難
であり、実用レベルの特性が得られていないのが現状で
ある。
【０００５】このためInP基板上の活性層とGaAs基板上
のAlGaAs/GaAs反射鏡を直接接合で張り合わせた構造に
より現状での最高性能が得られている（V.Jayaraman，
J.C.Geske，M.H.MacDougalF.H.Peters，T.D.Lowes，and
T.T.Char，Electron.Lett.，34，(14)，pp.1405-140
6，1998.）。
のAlGaAs/GaAs反射鏡を直接接合で張り合わせた構造に
より現状での最高性能が得られている（V.Jayaraman，
J.C.Geske，M.H.MacDougalF.H.Peters，T.D.Lowes，and
T.T.Char，Electron.Lett.，34，(14)，pp.1405-140
6，1998.）。
【０００６】しかしこの方法はコスト上昇を避けられな
いので量産性の点で問題があると考えられる。そこで最
近、GaAs基板上に１.３μｍ帯を形成できる材料系が注
目され、(Ga)InAs量子ドット、GaAsSbやGaInNAs（例え
ば、特開平６−３７３５５号公報参照）が研究されてい
る。新材料GaInNAsはレーザ特性の温度依存性を極めて
小さくすることができる材料として注目されている。
いので量産性の点で問題があると考えられる。そこで最
近、GaAs基板上に１.３μｍ帯を形成できる材料系が注
目され、(Ga)InAs量子ドット、GaAsSbやGaInNAs（例え
ば、特開平６−３７３５５号公報参照）が研究されてい
る。新材料GaInNAsはレーザ特性の温度依存性を極めて
小さくすることができる材料として注目されている。
【０００７】GaAs基板上GaInNAs系半導体レーザは、窒
素添加によりバンドギャップが小さくなるのでGaAs基板
上に１.３μｍ帯など長波長帯を形成できるようにな
る。In組成１０％のとき窒素組成は約３％で１.３μｍ
帯を形成できるが、窒素組成が大きいほどしきい値電流
密度が急激に上昇するという問題がある。図１５は、発
明者が実験的に求めたしきい値電流密度の窒素組成依存
性を示す図であり、横軸は窒素組成割合（％）を、縦軸
はしきい値電流密度を示している。このようにしきい値
電流密度が窒素組成が大きくなるに伴って急激に上昇す
る理由は、GaInNAs層の結晶性が窒素組成増加に伴い劣
化するためである。
素添加によりバンドギャップが小さくなるのでGaAs基板
上に１.３μｍ帯など長波長帯を形成できるようにな
る。In組成１０％のとき窒素組成は約３％で１.３μｍ
帯を形成できるが、窒素組成が大きいほどしきい値電流
密度が急激に上昇するという問題がある。図１５は、発
明者が実験的に求めたしきい値電流密度の窒素組成依存
性を示す図であり、横軸は窒素組成割合（％）を、縦軸
はしきい値電流密度を示している。このようにしきい値
電流密度が窒素組成が大きくなるに伴って急激に上昇す
る理由は、GaInNAs層の結晶性が窒素組成増加に伴い劣
化するためである。
【０００８】このため、如何にGaInNAsを高品質に成長
するかが課題となる。このようなGaInNAsの結晶成長方
法にはＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor D
eposition；有機金属化学気相成長法）やＭＢＥ法（Mol
ecular Beam Epitaxy;分子線エピタキシャル成長法）が
試みられている。
するかが課題となる。このようなGaInNAsの結晶成長方
法にはＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor D
eposition；有機金属化学気相成長法）やＭＢＥ法（Mol
ecular Beam Epitaxy;分子線エピタキシャル成長法）が
試みられている。
【０００９】ＭＯＣＶＤ法はＭＢＥ法のような高真空を
必要とせず、またＭＢＥ法では原料供給をセルの温度を
変えて制御するのに対して原料ガス流量を制御するだけ
でよく、また成長速度を高くすることができ、容易にス
ループットを上げられることから、極めて量産に適した
成長方法である。実際に実用化されている０.８５μｍ
帯面発光型半導体レーザ素子の生産には全て（ほとんど
の場合）ＭＯＣＶＤ法が用いられている。
必要とせず、またＭＢＥ法では原料供給をセルの温度を
変えて制御するのに対して原料ガス流量を制御するだけ
でよく、また成長速度を高くすることができ、容易にス
ループットを上げられることから、極めて量産に適した
成長方法である。実際に実用化されている０.８５μｍ
帯面発光型半導体レーザ素子の生産には全て（ほとんど
の場合）ＭＯＣＶＤ法が用いられている。
【００１０】最近、この新規なGaInNAs系材料を用いた
半導体レーザの報告が多数報告されるようになった。し
かしこれらのほとんどの場合はＭＢＥ法によるものであ
った。また、特開平９−２３７９４２号公報には面発光
レーザの提案がされている。ごく最近は面発光型半導体
レーザ素子についても報告されるようになった。1998年
に日立(1.18μｍ)より最初の報告（M.C.Larson，M.Kond
ow，T.Kitatani，K.Nakahara，K.Tamura，H.Inoue，and
K.Uomi，IEEE Photonics Technol.Lett.，10，pp.188-
190，1998.）があり、2000年にはStanford(1.215μ
ｍ)、Sandia＆Cielo(1.294μｍ)、東工大＆リコー(1.26
2μｍ)、Infineon(1.285μｍ)から報告されている。
半導体レーザの報告が多数報告されるようになった。し
かしこれらのほとんどの場合はＭＢＥ法によるものであ
った。また、特開平９−２３７９４２号公報には面発光
レーザの提案がされている。ごく最近は面発光型半導体
レーザ素子についても報告されるようになった。1998年
に日立(1.18μｍ)より最初の報告（M.C.Larson，M.Kond
ow，T.Kitatani，K.Nakahara，K.Tamura，H.Inoue，and
K.Uomi，IEEE Photonics Technol.Lett.，10，pp.188-
190，1998.）があり、2000年にはStanford(1.215μ
ｍ)、Sandia＆Cielo(1.294μｍ)、東工大＆リコー(1.26
2μｍ)、Infineon(1.285μｍ)から報告されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この新
規なGaInNAs系面発光型半導体レーザ素子の報告は、量
産に適したＭＯＣＶＤ法では１件報告があるのみで、そ
の他は全てＭＢＥ法によって成長されたものであり、十
分な特性を有するものとなっていない。特にＭＢＥ法に
より成長されたものはｐ側多層膜反射鏡の抵抗が極めて
高いので、ｐ側多層膜反射鏡を電流経路としない方法を
用いたりしているが、結局、動作電圧が高くなってしま
うなどの問題を有していた。しかしながらこのような問
題を解消し量産に適したＭＯＣＶＤ法による新規なGaIn
NAs系面発光型半導体レーザ素子の製造方法、製造装置
は未だ確立されていない。
規なGaInNAs系面発光型半導体レーザ素子の報告は、量
産に適したＭＯＣＶＤ法では１件報告があるのみで、そ
の他は全てＭＢＥ法によって成長されたものであり、十
分な特性を有するものとなっていない。特にＭＢＥ法に
より成長されたものはｐ側多層膜反射鏡の抵抗が極めて
高いので、ｐ側多層膜反射鏡を電流経路としない方法を
用いたりしているが、結局、動作電圧が高くなってしま
うなどの問題を有していた。しかしながらこのような問
題を解消し量産に適したＭＯＣＶＤ法による新規なGaIn
NAs系面発光型半導体レーザ素子の製造方法、製造装置
は未だ確立されていない。
【００１２】そこで本発明は、面発光半導体レーザ素子
の製造技術を改良し、高品質で実用レベルのGaInNAs面
発光型半導体レーザ素子の製造方法（請求項１〜３）、
ならびにこれらを用いて形成した半導体発光素子（請求
項４〜１０）、面発光半導体レーザ素子（請求項１１〜
１３）、該面発光半導体レーザ素子を用いた光送信モジ
ュール（請求項１４）、光送受信モジュール（請求項１
５）、光通信システム（請求項１６）を提供することを
目的としている。
の製造技術を改良し、高品質で実用レベルのGaInNAs面
発光型半導体レーザ素子の製造方法（請求項１〜３）、
ならびにこれらを用いて形成した半導体発光素子（請求
項４〜１０）、面発光半導体レーザ素子（請求項１１〜
１３）、該面発光半導体レーザ素子を用いた光送信モジ
ュール（請求項１４）、光送受信モジュール（請求項１
５）、光通信システム（請求項１６）を提供することを
目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】まず、ＭＯＣＶＤ法によ
るＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素子の高性能
化を阻んでいる原因について発明者等の実験結果につい
て述べる。図１は、一般的なＭＯＣＶＤ装置の概略を示
す図である。ＭＯＣＶＤ法は、少なくとも有機金属原料
を一部に用い原料ガスの熱分解と被成長基板との表面反
応により結晶成長させる気相成長方法である。
るＧａＩｎＮＡｓ系面発光型半導体レーザ素子の高性能
化を阻んでいる原因について発明者等の実験結果につい
て述べる。図１は、一般的なＭＯＣＶＤ装置の概略を示
す図である。ＭＯＣＶＤ法は、少なくとも有機金属原料
を一部に用い原料ガスの熱分解と被成長基板との表面反
応により結晶成長させる気相成長方法である。
【００１４】ＭＯＣＶＤ装置は、同図に示すように、原
料ガスが供給される原料ガス供給部Ａと、被成長基板を
加熱するための加熱手段（図示なし）と、加熱部（加熱
体Ｂ）と、反応済みのガスを排気するための排気部（排
気ポンプなど）Ｃを有した構成である。通常、空気が成
長室（反応室）１２に入らないように基板は基板出し入
れ口１１から入れ、排気部Ｃによる真空引き後に成長室
（反応室）１２に搬送される。原料ガス供給部Ａは通常
ＩＩＩ族ラインＡ１とＶ族ラインＡ２に分けられてい
る。図２では成長室（反応室）１２入り口手前でＩＩＩ
族とＶ族原料が合流している。
料ガスが供給される原料ガス供給部Ａと、被成長基板を
加熱するための加熱手段（図示なし）と、加熱部（加熱
体Ｂ）と、反応済みのガスを排気するための排気部（排
気ポンプなど）Ｃを有した構成である。通常、空気が成
長室（反応室）１２に入らないように基板は基板出し入
れ口１１から入れ、排気部Ｃによる真空引き後に成長室
（反応室）１２に搬送される。原料ガス供給部Ａは通常
ＩＩＩ族ラインＡ１とＶ族ラインＡ２に分けられてい
る。図２では成長室（反応室）１２入り口手前でＩＩＩ
族とＶ族原料が合流している。
【００１５】成長室の圧力は５０Ｔｏｒｒ〜１００Ｔｏ
ｒｒ程度の減圧がよく用いられる。その原料にはＩＩＩ
族原料として、Ｇａ：ＴＭＧ（トリメチルガリウム），
ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、Ａｌ：ＴＭＡ（トリメ
チルアルミニウム）、Ｉｎ：ＴＭＩ（トリメチルインジ
ウム）などの有機金属が用いられる。Ｖ族原料には、Ａ
ｓＨ３（アルシン），ＴＢＡ（ターシャルブチルアルシ
ン）、ＰＨ３（フォスフィン），ＴＢＰ（ターシャルブ
チルフォスフィン）などの水素化物ガスや有機化合物が
一般に用いられる。
ｒｒ程度の減圧がよく用いられる。その原料にはＩＩＩ
族原料として、Ｇａ：ＴＭＧ（トリメチルガリウム），
ＴＥＧ（トリエチルガリウム）、Ａｌ：ＴＭＡ（トリメ
チルアルミニウム）、Ｉｎ：ＴＭＩ（トリメチルインジ
ウム）などの有機金属が用いられる。Ｖ族原料には、Ａ
ｓＨ３（アルシン），ＴＢＡ（ターシャルブチルアルシ
ン）、ＰＨ３（フォスフィン），ＴＢＰ（ターシャルブ
チルフォスフィン）などの水素化物ガスや有機化合物が
一般に用いられる。
【００１６】キャリアガスには水素ガス（Ｈ２）が通常
用いられる。通常水素精製器を通して不純物を除去して
供給している。そして窒素を含んだ半導体層の成長のた
めの窒素の原料にはＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン），
ＭＭＨｙ（モノメチルヒドラジン）等の有機化合物を用
いることができる。原料はこれに限られるものではな
い。
用いられる。通常水素精製器を通して不純物を除去して
供給している。そして窒素を含んだ半導体層の成長のた
めの窒素の原料にはＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン），
ＭＭＨｙ（モノメチルヒドラジン）等の有機化合物を用
いることができる。原料はこれに限られるものではな
い。
【００１７】有機金属や有機窒素化合物のような液体ま
たは固体の原料は、バブラーに入れられてキャリアガス
を通してバブリングすることで供給される。また、水素
化物はガスシリンダーに入れられ供給される。図１では
ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩそしてＤＭＨｙがバブラー（液
体、個体原料バブラー）を用い、ＡｓＨ３１５とドーパ
ントガス１５’（図１では１種類のみ示している）がガ
スシリンダーを用いている。
たは固体の原料は、バブラーに入れられてキャリアガス
を通してバブリングすることで供給される。また、水素
化物はガスシリンダーに入れられ供給される。図１では
ＴＭＧ，ＴＭＡ，ＴＭＩそしてＤＭＨｙがバブラー（液
体、個体原料バブラー）を用い、ＡｓＨ３１５とドーパ
ントガス１５’（図１では１種類のみ示している）がガ
スシリンダーを用いている。
【００１８】原料ガスの経路はバルブ１６で切り変え、
供給量をＭＦＣ（マスフローコントローラー）等で制御
することで必要な材料、組成を成長する。一般にIII族
ラインＡ１、Ｖ族ラインＡ２ごとに、反応室にガスを供
給するメインラインａ１，ｂ１と、排気ポンプに供給す
るベントラインａ２，ｂ２を有し、かつ、原料ラインの
他にダミーライン（図中、ダミーライン＃１〜＃４参
照）を設けてそれぞれメインラインａ１，ｂ１またはベ
ントラインａ２，ｂ２のどちらか一方に合流するように
バルブ１６を切り替え、メインラインａ１，ｂ１とベン
トラインａ２，ｂ２の圧力差をなくすことでガス流が極
力乱れないようにしている。
供給量をＭＦＣ（マスフローコントローラー）等で制御
することで必要な材料、組成を成長する。一般にIII族
ラインＡ１、Ｖ族ラインＡ２ごとに、反応室にガスを供
給するメインラインａ１，ｂ１と、排気ポンプに供給す
るベントラインａ２，ｂ２を有し、かつ、原料ラインの
他にダミーライン（図中、ダミーライン＃１〜＃４参
照）を設けてそれぞれメインラインａ１，ｂ１またはベ
ントラインａ２，ｂ２のどちらか一方に合流するように
バルブ１６を切り替え、メインラインａ１，ｂ１とベン
トラインａ２，ｂ２の圧力差をなくすことでガス流が極
力乱れないようにしている。
【００１９】なおメインラインａ１，ｂ１、ベントライ
ンａ２，ｂ２、ダミーライン＃１〜＃４もキャリアガス
が供給されている。複数の半導体層を有する半導体発光
素子等を成長する場合、各層ごとに必要な原料をメイン
ライン側に供給しキャリアガスを供給するダミーライン
をベント側に供給し結晶成長が行われる。成長の厚さは
原料ガスを供給する時間で制御する。これにより必要な
構造を成長できるのでスループットは良く、量産向きな
方法といえる。
ンａ２，ｂ２、ダミーライン＃１〜＃４もキャリアガス
が供給されている。複数の半導体層を有する半導体発光
素子等を成長する場合、各層ごとに必要な原料をメイン
ライン側に供給しキャリアガスを供給するダミーライン
をベント側に供給し結晶成長が行われる。成長の厚さは
原料ガスを供給する時間で制御する。これにより必要な
構造を成長できるのでスループットは良く、量産向きな
方法といえる。
【００２０】図２は、このようなＭＯＣＶＤ装置で作製
した窒素を含んだ半導体層であるGaInNAs量子井戸層とG
aAsバリア層とからなるGaInNAs/GaAs ２重量子井戸構造
からなる活性層からの室温フォトルミネッセンススペク
トルを示す図である。
した窒素を含んだ半導体層であるGaInNAs量子井戸層とG
aAsバリア層とからなるGaInNAs/GaAs ２重量子井戸構造
からなる活性層からの室温フォトルミネッセンススペク
トルを示す図である。
【００２１】図３は、試料構造を示す図であり、GaAs基
板１０１上に、下部クラッド層１０２、中間層１０３、
窒素を含む活性層１０４、中間層１０３、上部クラッド
層１０５が順次積層されている。
板１０１上に、下部クラッド層１０２、中間層１０３、
窒素を含む活性層１０４、中間層１０３、上部クラッド
層１０５が順次積層されている。
【００２２】図２において、AはAlGaAsクラッド層上にG
aAs中間層をはさんで２重量子井戸構造を形成した試料
の室温フォトルミネッセンススペクトルであり、BはGaI
nPクラッド層上にGaAs中間層をはさんで２重量子井戸構
造を連続的に形成した試料の室温フォトルミネッセンス
スペクトルである。
aAs中間層をはさんで２重量子井戸構造を形成した試料
の室温フォトルミネッセンススペクトルであり、BはGaI
nPクラッド層上にGaAs中間層をはさんで２重量子井戸構
造を連続的に形成した試料の室温フォトルミネッセンス
スペクトルである。
【００２３】図２に示すように、試料Aでは試料Bに比べ
てフォトルミネッセンス強度が半分以下に低下してい
る。従って、1台のＭＯＣＶＤ装置を用いてAlGaAs等のA
lを構成元素として含む半導体層上に、GaInNAs等の窒素
を含む活性層を連続的に形成すると、活性層の発光強度
が劣化してしまうという問題が生じた。そのため、AlGa
Asクラッド層上に形成したGaInNAs系レーザの閾電流密
度は、GaInPクラッド層上に形成した場合に比べて数倍
高くなってしまう。
てフォトルミネッセンス強度が半分以下に低下してい
る。従って、1台のＭＯＣＶＤ装置を用いてAlGaAs等のA
lを構成元素として含む半導体層上に、GaInNAs等の窒素
を含む活性層を連続的に形成すると、活性層の発光強度
が劣化してしまうという問題が生じた。そのため、AlGa
Asクラッド層上に形成したGaInNAs系レーザの閾電流密
度は、GaInPクラッド層上に形成した場合に比べて数倍
高くなってしまう。
【００２４】次に、この原因について検討する。図４
は、図３に示した半導体発光素子の１例として、クラッ
ド層をAlGaAsとし、中間層をGaAsとし、活性層をGaInNA
s/GaAs２重量子井戸構造として構成した素子を1台のエ
ピタキシャル成長装置（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成した
ときの、窒素と酸素濃度の深さ方向分布を示した図であ
る。測定はＳＩＭＳ（Secondary Ion-microprobe Mass
Spectrometer（Spectrometry)；二次イオン質量分析計
(分析法)）によって行った。
は、図３に示した半導体発光素子の１例として、クラッ
ド層をAlGaAsとし、中間層をGaAsとし、活性層をGaInNA
s/GaAs２重量子井戸構造として構成した素子を1台のエ
ピタキシャル成長装置（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成した
ときの、窒素と酸素濃度の深さ方向分布を示した図であ
る。測定はＳＩＭＳ（Secondary Ion-microprobe Mass
Spectrometer（Spectrometry)；二次イオン質量分析計
(分析法)）によって行った。
【００２５】図５は、その測定条件を示す図である。図
４において、GaInNAs/GaAs２重量子井戸構造に対応し
て、活性層中に２つの窒素ピークが見られる。そして、
活性層において、酸素のピークが検出されている。しか
し、NとAlを含まない中間層における酸素濃度は活性層
の酸素濃度よりも約１桁低い濃度となっている。
４において、GaInNAs/GaAs２重量子井戸構造に対応し
て、活性層中に２つの窒素ピークが見られる。そして、
活性層において、酸素のピークが検出されている。しか
し、NとAlを含まない中間層における酸素濃度は活性層
の酸素濃度よりも約１桁低い濃度となっている。
【００２６】一方、クラッド層をGaInPとし、中間層をG
aAsとし、活性層をGaInNAs/GaAs２重量子井戸構造とし
て構成した素子について、酸素濃度の深さ方向分布を測
定した場合には、活性層中の酸素濃度はバックグラウン
ドレベルであった。
aAsとし、活性層をGaInNAs/GaAs２重量子井戸構造とし
て構成した素子について、酸素濃度の深さ方向分布を測
定した場合には、活性層中の酸素濃度はバックグラウン
ドレベルであった。
【００２７】即ち、窒素化合物原料と有機金属Al原料を
用いて、１台のエピタキシャル成長装置により、基板と
窒素を含む活性層との間にAlを含む半導体層を設けた半
導体発光素子を連続的に結晶成長すると、窒素を含む活
性層中に酸素が取りこまれることが我々の実験により明
らかとなった。活性層に取りこまれた酸素は非発光再結
合準位を形成するため、活性層の発光効率を低下させて
しまう。
用いて、１台のエピタキシャル成長装置により、基板と
窒素を含む活性層との間にAlを含む半導体層を設けた半
導体発光素子を連続的に結晶成長すると、窒素を含む活
性層中に酸素が取りこまれることが我々の実験により明
らかとなった。活性層に取りこまれた酸素は非発光再結
合準位を形成するため、活性層の発光効率を低下させて
しまう。
【００２８】この活性層に取りこまれた酸素が、基板と
窒素を含む活性層との間にAlを含む半導体層を設けた半
導体発光素子における発光効率を低下させる原因である
ことが新たに判明した。この酸素の起源は装置内に残留
している酸素を含んだ物質、または窒素化合物原料中に
不純物として含まれる酸素を含んだ物質と考えられる。
窒素を含む活性層との間にAlを含む半導体層を設けた半
導体発光素子における発光効率を低下させる原因である
ことが新たに判明した。この酸素の起源は装置内に残留
している酸素を含んだ物質、または窒素化合物原料中に
不純物として含まれる酸素を含んだ物質と考えられる。
【００２９】次に、酸素の取りこまれる原因について検
討する。図６は、図４と同じ試料のAl濃度の深さ方向分
布を示した図である。測定はＳＩＭＳによって行った。
図７は、その測定条件を示す図である。
討する。図６は、図４と同じ試料のAl濃度の深さ方向分
布を示した図である。測定はＳＩＭＳによって行った。
図７は、その測定条件を示す図である。
【００３０】図６より、本来Al原料を導入していない活
性層において、Alが検出されている。しかし、Alを含む
半導体層（クラッド層）に隣接した中間層（GaAs層）に
おいては、Al濃度は活性層よりも約１桁低い濃度となっ
ている。これは、活性層中のAlがAlを含む半導体層（ク
ラッド層）から拡散，置換して混入したものではないこ
とを示している。一方、GaInPのようにAlを含まない半
導体層上に窒素を含む活性層を成長した場合には、活性
層中にAlは検出されなかった。
性層において、Alが検出されている。しかし、Alを含む
半導体層（クラッド層）に隣接した中間層（GaAs層）に
おいては、Al濃度は活性層よりも約１桁低い濃度となっ
ている。これは、活性層中のAlがAlを含む半導体層（ク
ラッド層）から拡散，置換して混入したものではないこ
とを示している。一方、GaInPのようにAlを含まない半
導体層上に窒素を含む活性層を成長した場合には、活性
層中にAlは検出されなかった。
【００３１】従って、活性層中に検出されたAlは、装置
内に残留したAl原料、またはAl反応物、またはAl化合
物、またはAlが、窒素化合物原料または窒素化合物原料
中の不純物（水分等）と結合して活性層中に取りこまれ
たものである。すなわち、窒素化合物原料と有機金属Al
原料を用いて、１台のエピタキシャル成長装置により、
基板と窒素を含む活性層との間にAlを含む半導体層を設
けた半導体発光素子を連続的に結晶成長すると、窒素を
含む活性層中に自然にAlが取りこまてしまうことが新た
にわかった。
内に残留したAl原料、またはAl反応物、またはAl化合
物、またはAlが、窒素化合物原料または窒素化合物原料
中の不純物（水分等）と結合して活性層中に取りこまれ
たものである。すなわち、窒素化合物原料と有機金属Al
原料を用いて、１台のエピタキシャル成長装置により、
基板と窒素を含む活性層との間にAlを含む半導体層を設
けた半導体発光素子を連続的に結晶成長すると、窒素を
含む活性層中に自然にAlが取りこまてしまうことが新た
にわかった。
【００３２】図６に示した同じ素子における、窒素と酸
素濃度の深さ方向分布と比較すると、２重量子井戸活性
層中の２つの酸素ピークプロファイルは、窒素濃度のピ
ークプロファイルと対応しておらず、図６のAl濃度プロ
ファイルと対応している。このことから、GaInNAs井戸
層中の酸素不純物は、窒素原料と共に取りこまれるとい
うよりも、むしろ井戸層中に取りこまれたAlと結合して
一緒に取りこまれていることが明らかとなった。
素濃度の深さ方向分布と比較すると、２重量子井戸活性
層中の２つの酸素ピークプロファイルは、窒素濃度のピ
ークプロファイルと対応しておらず、図６のAl濃度プロ
ファイルと対応している。このことから、GaInNAs井戸
層中の酸素不純物は、窒素原料と共に取りこまれるとい
うよりも、むしろ井戸層中に取りこまれたAlと結合して
一緒に取りこまれていることが明らかとなった。
【００３３】即ち、成長室内に残留したAl原料、または
Al反応物、またはAl化合物、またはAlが窒素化合物原料
と接触すると、Alと窒素化合物原料中に含まれる水分ま
たはガスラインや反応室中に残留する水分などの酸素を
含んだ物質とが結合して、活性層中にAlと酸素が取りこ
まれる。この活性層に取り込まれた酸素が活性層の発光
効率を低下させていたことが我々の実験により初めて明
らかとなった。
Al反応物、またはAl化合物、またはAlが窒素化合物原料
と接触すると、Alと窒素化合物原料中に含まれる水分ま
たはガスラインや反応室中に残留する水分などの酸素を
含んだ物質とが結合して、活性層中にAlと酸素が取りこ
まれる。この活性層に取り込まれた酸素が活性層の発光
効率を低下させていたことが我々の実験により初めて明
らかとなった。
【００３４】通常のＭＢＥ法で作製した場合には、基板
と窒素を含む活性層との間にAlを含む半導体層を設けた
半導体発光素子における発光効率低下については報告さ
れていない。
と窒素を含む活性層との間にAlを含む半導体層を設けた
半導体発光素子における発光効率低下については報告さ
れていない。
【００３５】ＭＢＥ法は超減圧（高真空中）で結晶成長
が行われるのに対して、ＭＯＣＶＤ法は通常数１０Ｔｏ
ｒｒから大気圧程度と、ＭＢＥ法に比べて反応室の圧力
が高いため、平均自由行程が圧倒的に短く、供給された
原料やキャリアガス等が反応室等でＡｌ系残留物と接
触、反応するためと考えられる。
が行われるのに対して、ＭＯＣＶＤ法は通常数１０Ｔｏ
ｒｒから大気圧程度と、ＭＢＥ法に比べて反応室の圧力
が高いため、平均自由行程が圧倒的に短く、供給された
原料やキャリアガス等が反応室等でＡｌ系残留物と接
触、反応するためと考えられる。
【００３６】よって、ＭＯＣＶＤ法のように、反応室や
ガスラインの圧力が高い成長方法の場合、これを改善す
るためには、少なくとも装置内に残留したＡｌが窒素を
含む活性層成長時に酸素とともに膜中に取りこまれない
ように、Ａｌ系残留物を除去する工程が必要なことがわ
かった。
ガスラインの圧力が高い成長方法の場合、これを改善す
るためには、少なくとも装置内に残留したＡｌが窒素を
含む活性層成長時に酸素とともに膜中に取りこまれない
ように、Ａｌ系残留物を除去する工程が必要なことがわ
かった。
【００３７】以上のことを考慮し、本発明では、上記目
的を達成するために、次のような構成を採用したことを
特徴としている。以下、各請求項毎に詳細に説明する。
的を達成するために、次のような構成を採用したことを
特徴としている。以下、各請求項毎に詳細に説明する。
【００３８】（１）請求項１記載の半導体発光素子の製
造方法は、基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む
半導体層を設けた半導体発光素子の製造方法において、
上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層はそれぞれ
有機金属Ａｌ原料と窒素化合物原料を用いて成長される
とともに、Ａｌを含む半導体層成長後と窒素を含む活性
層の成長開始との間に、成長室内に残留したＡｌ原料、
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエ
ッチングガスで除去する工程を設けたことを特徴として
いる。
造方法は、基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む
半導体層を設けた半導体発光素子の製造方法において、
上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層はそれぞれ
有機金属Ａｌ原料と窒素化合物原料を用いて成長される
とともに、Ａｌを含む半導体層成長後と窒素を含む活性
層の成長開始との間に、成長室内に残留したＡｌ原料、
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエ
ッチングガスで除去する工程を設けたことを特徴として
いる。
【００３９】上述の説明のようにＡｌ系残留物が非発光
再結合の原因となる酸素を、窒素を含んだ活性層に取り
こむ原因となっているので、Ａｌを含んだ半導体層成長
後、窒素を含んだ活性層成長の前までに、反応室側壁、
加熱体、基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残
留物と反応し除去することのできるガスを反応室に供給
することで、活性層への酸素の取り込みを抑えることが
できる。
再結合の原因となる酸素を、窒素を含んだ活性層に取り
こむ原因となっているので、Ａｌを含んだ半導体層成長
後、窒素を含んだ活性層成長の前までに、反応室側壁、
加熱体、基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残
留物と反応し除去することのできるガスを反応室に供給
することで、活性層への酸素の取り込みを抑えることが
できる。
【００４０】この手法により窒素を含む活性層中のAl濃
度を1×10１９cm−３以下に低減することにより、室温
連続発振が可能となった。さらに、窒素を含む活性層中
のAl濃度を2×10１８cm−３以下に低減することによ
り、Alを含まない半導体層上に形成した場合と同等の発
光特性が得られた。
度を1×10１９cm−３以下に低減することにより、室温
連続発振が可能となった。さらに、窒素を含む活性層中
のAl濃度を2×10１８cm−３以下に低減することによ
り、Alを含まない半導体層上に形成した場合と同等の発
光特性が得られた。
【００４１】図８は、AlGaAsをクラッド層（Alを含む
層）とし、GaInNAs２重量子井戸構造（窒素を含む層）
を活性層としたブロードストライプレーザを試作して閾
電流密度を評価した結果を示している。Alを構成元素と
して含む半導体層に、窒素を含む活性層を連続的に形成
した構造においては、活性層中に2×10１９cm−３以上
のAl及び1×10１８cm−３以上の酸素が取りこまれてお
り、閾電流密度は10kA/cm ２2以上と著しく高い値となっ
た。
層）とし、GaInNAs２重量子井戸構造（窒素を含む層）
を活性層としたブロードストライプレーザを試作して閾
電流密度を評価した結果を示している。Alを構成元素と
して含む半導体層に、窒素を含む活性層を連続的に形成
した構造においては、活性層中に2×10１９cm−３以上
のAl及び1×10１８cm−３以上の酸素が取りこまれてお
り、閾電流密度は10kA/cm ２2以上と著しく高い値となっ
た。
【００４２】しかし、活性層中のAl濃度を1×10１９cm
−３以下に低減することにより、活性層中の酸素濃度が
1×10１８cm−３以下に低減され、閾電流密度2〜3kA/cm
２でブロードストライプレーザが発振した。ブロードス
トライプレーザの閾電流密度が数kA/cm２以下の活性層
品質であれば、室温連続発振が可能である。従って、窒
素を含む活性層中のAl濃度を1×10１９cm−３以下に抑
制することにより、室温連続発振可能な半導体レーザを
作製することが可能である。
−３以下に低減することにより、活性層中の酸素濃度が
1×10１８cm−３以下に低減され、閾電流密度2〜3kA/cm
２でブロードストライプレーザが発振した。ブロードス
トライプレーザの閾電流密度が数kA/cm２以下の活性層
品質であれば、室温連続発振が可能である。従って、窒
素を含む活性層中のAl濃度を1×10１９cm−３以下に抑
制することにより、室温連続発振可能な半導体レーザを
作製することが可能である。
【００４３】（２）請求項２記載の半導体発光素子の製
造方法は、成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反
応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチングガス
で除去する工程は、有機系窒素化合物ガスを成長室内に
供給する工程であることを特徴とする。
造方法は、成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反
応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチングガス
で除去する工程は、有機系窒素化合物ガスを成長室内に
供給する工程であることを特徴とする。
【００４４】Ａｌ系残留物と反応し除去することのでき
るガスの１例として有機系化合物ガスが上げられる。上
述のように窒素を含んだ活性層成長時に有機系化合物ガ
スの一つであるＤＭＨｙガスをＤＭＨｙシリンダーを用
いて供給するとＡｌ系残留物と反応することは明らかで
ある。
るガスの１例として有機系化合物ガスが上げられる。上
述のように窒素を含んだ活性層成長時に有機系化合物ガ
スの一つであるＤＭＨｙガスをＤＭＨｙシリンダーを用
いて供給するとＡｌ系残留物と反応することは明らかで
ある。
【００４５】よってＡｌを含んだ半導体層成長後、窒素
を含んだ活性層成長の前までに、有機系化合物ガスシリ
ンダーを用いて有機系化合物ガスを供給すると反応室側
壁、加熱体、基板を保持する治具等に残留しているＡｌ
系残留物と反応し除去することのできるので、活性層へ
の酸素の取り込みを抑えることができる。更に窒素を含
む活性層の窒素原料と同じガスを用いると、特別にガス
ラインを追加する必要がないので好ましい。
を含んだ活性層成長の前までに、有機系化合物ガスシリ
ンダーを用いて有機系化合物ガスを供給すると反応室側
壁、加熱体、基板を保持する治具等に残留しているＡｌ
系残留物と反応し除去することのできるので、活性層へ
の酸素の取り込みを抑えることができる。更に窒素を含
む活性層の窒素原料と同じガスを用いると、特別にガス
ラインを追加する必要がないので好ましい。
【００４６】（３）請求項３記載の半導体発光素子の製
造方法は、上記成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡ
ｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチング
ガスで除去する工程は、酸素（Ｏ）を含んだガスを成長
室内に供給する工程であることを特徴としている。
造方法は、上記成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡ
ｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチング
ガスで除去する工程は、酸素（Ｏ）を含んだガスを成長
室内に供給する工程であることを特徴としている。
【００４７】Ａｌ系残留物と反応し除去することのでき
るガスの１例としてＯ２，Ｈ２Ｏ等酸素を含んだガスが
上げられる。上述のように窒素を含んだ活性層成長時に
Ａｌとともに酸素が活性層に取りこまれることがわかっ
ている。よってＯ２，Ｈ２Ｏ等酸素を含んだガスはＡｌ
系残留物と反応することがわかる。
るガスの１例としてＯ２，Ｈ２Ｏ等酸素を含んだガスが
上げられる。上述のように窒素を含んだ活性層成長時に
Ａｌとともに酸素が活性層に取りこまれることがわかっ
ている。よってＯ２，Ｈ２Ｏ等酸素を含んだガスはＡｌ
系残留物と反応することがわかる。
【００４８】したがってＡｌを含んだ半導体層成長後、
窒素を含んだ活性層成長の前までに、Ｏ２，Ｈ２Ｏ等酸
素を含んだガスを供給すると反応室側壁、加熱体、基板
を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応し
除去することのできるので、活性層への酸素の取り込み
を抑えることができる。よって活性層への酸素の取り込
みを抑えることができる。
窒素を含んだ活性層成長の前までに、Ｏ２，Ｈ２Ｏ等酸
素を含んだガスを供給すると反応室側壁、加熱体、基板
を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応し
除去することのできるので、活性層への酸素の取り込み
を抑えることができる。よって活性層への酸素の取り込
みを抑えることができる。
【００４９】図６のＳＩＭＳプロファイルを見るとわか
るように窒素を含んだ活性層の１層目に多くのＡｌが取
りこまれていて２層目にはほとんど取り込まれないこと
から、ごくわずかの酸素を含んだガスを供給するだけで
Ａｌ系残留物を除去することができる。もちろん過剰に
供給した酸素を含んだガスは活性層成長前に除去する必
要があるので、あまり過剰にならない適量を供給するこ
とが望ましい。逆に酸素を含んだガスの除外が困難にな
るからである。
るように窒素を含んだ活性層の１層目に多くのＡｌが取
りこまれていて２層目にはほとんど取り込まれないこと
から、ごくわずかの酸素を含んだガスを供給するだけで
Ａｌ系残留物を除去することができる。もちろん過剰に
供給した酸素を含んだガスは活性層成長前に除去する必
要があるので、あまり過剰にならない適量を供給するこ
とが望ましい。逆に酸素を含んだガスの除外が困難にな
るからである。
【００５０】（４）請求項４記載の半導体発光素子は、
請求項１または２または３の製造方法により形成された
半導体発光素子において、上記成長室内に残留したＡｌ
原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡ
ｌをエッチングガスで除去する工程を行った半導体領域
と窒素を含む活性層との間にＧａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ
（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）層を成長することを特徴と
している。
請求項１または２または３の製造方法により形成された
半導体発光素子において、上記成長室内に残留したＡｌ
原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡ
ｌをエッチングガスで除去する工程を行った半導体領域
と窒素を含む活性層との間にＧａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ
（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）層を成長することを特徴と
している。
【００５１】上記成長室内に残留したＡｌ原料、または
Ａｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチン
グガスで除去する工程は、例えば成長中断して行うこと
ができる。この場合、エピ基板表面にはエッチングガス
等によるダメージを受け欠陥が発生する可能性がある。
もしこの界面が、キャリアが注入される活性領域であれ
ば、非発光再結合中心となり発光素子動作時発光効率を
落としてしまう。
Ａｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチン
グガスで除去する工程は、例えば成長中断して行うこと
ができる。この場合、エピ基板表面にはエッチングガス
等によるダメージを受け欠陥が発生する可能性がある。
もしこの界面が、キャリアが注入される活性領域であれ
ば、非発光再結合中心となり発光素子動作時発光効率を
落としてしまう。
【００５２】成長中断時の表面材料のバンドギャップエ
ネルギーより高いバンドギャップエネルギーを有するＧ
ａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）層を
窒素を含む活性層との間に成長すると、エッチングガス
で除去するための成長中断界面への注入キャリアはほと
んどなくなるので発光効率を落とすことはなくなる。こ
の成長中断界面をＳＩＭＳ分析すれば、酸素（Ｏ）また
は窒素（Ｎ）またはアルミニューム（Ａｌ）が観察され
るであろう。なお、Ａｌと窒素を含まず、成長中断時の
表面材料のバンドギャップエネルギーより高いバンドギ
ャップエネルギーを有していれば他の材料でもかまわな
い。
ネルギーより高いバンドギャップエネルギーを有するＧ
ａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）層を
窒素を含む活性層との間に成長すると、エッチングガス
で除去するための成長中断界面への注入キャリアはほと
んどなくなるので発光効率を落とすことはなくなる。こ
の成長中断界面をＳＩＭＳ分析すれば、酸素（Ｏ）また
は窒素（Ｎ）またはアルミニューム（Ａｌ）が観察され
るであろう。なお、Ａｌと窒素を含まず、成長中断時の
表面材料のバンドギャップエネルギーより高いバンドギ
ャップエネルギーを有していれば他の材料でもかまわな
い。
【００５３】（５）請求項５記載の半導体発光素子は、
基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層を
設けた半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層と
窒素を含む活性層との間に、活性層に直接接しない窒素
を含む半導体層が形成されていることを特徴としてい
る。
基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層を
設けた半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層と
窒素を含む活性層との間に、活性層に直接接しない窒素
を含む半導体層が形成されていることを特徴としてい
る。
【００５４】上記成長室内に残留したＡｌ原料、または
Ａｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチン
グガスで除去する工程は、結晶成長により行うことがで
きる。たとえば上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活
性層の間に中間層として窒素とＡｌを含まない半導体層
を設け、その途中で少なくともＩＩＩ族原料と同時に上
記エッチングガスであるＤＭＨｙガス等有機系窒素化合
物ガスを供給すると、Ａｌと酸素を取りこむ形で窒素を
含む半導体層が成長される。これにより成長室内に残留
したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、
またはＡｌを除去できるので、活性層への酸素の取り込
みを抑えることができる。
Ａｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチン
グガスで除去する工程は、結晶成長により行うことがで
きる。たとえば上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活
性層の間に中間層として窒素とＡｌを含まない半導体層
を設け、その途中で少なくともＩＩＩ族原料と同時に上
記エッチングガスであるＤＭＨｙガス等有機系窒素化合
物ガスを供給すると、Ａｌと酸素を取りこむ形で窒素を
含む半導体層が成長される。これにより成長室内に残留
したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、
またはＡｌを除去できるので、活性層への酸素の取り込
みを抑えることができる。
【００５５】この場合、窒素を含む半導体層は活性層の
バンドギャップより大きいバンドギャップとなるように
条件を設定する必要がある。また窒素を含む半導体層に
は非発光再結合センターの原因となる酸素が取りこまれ
ることから、活性層と直接接しない方が好ましい。
バンドギャップより大きいバンドギャップとなるように
条件を設定する必要がある。また窒素を含む半導体層に
は非発光再結合センターの原因となる酸素が取りこまれ
ることから、活性層と直接接しない方が好ましい。
【００５６】本構成の半導体発光素子によれば、Ａｌを
含む半導体層と窒素を含む活性層との間に窒素を含む半
導体層が形成されている。つまり、成長室内に残留した
Ａｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、また
はＡｌをエッチングガスで除去する工程を、窒素の原料
としてＤＭＨｙ等有機系窒素化合物ガスを供給して窒素
を含む半導体層を結晶成長しながら行っているので、Ａ
ｌと酸素を取りこむ形で窒素を含む半導体層が成長され
る。
含む半導体層と窒素を含む活性層との間に窒素を含む半
導体層が形成されている。つまり、成長室内に残留した
Ａｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、また
はＡｌをエッチングガスで除去する工程を、窒素の原料
としてＤＭＨｙ等有機系窒素化合物ガスを供給して窒素
を含む半導体層を結晶成長しながら行っているので、Ａ
ｌと酸素を取りこむ形で窒素を含む半導体層が成長され
る。
【００５７】これにより成長室内に残留したＡｌ原料、
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除
去できるので、活性層への酸素の取り込みを抑えること
ができ、発光効率を高くできた。半導体レーザの場合し
きい値電流を充分低いものとすることができた。
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除
去できるので、活性層への酸素の取り込みを抑えること
ができ、発光効率を高くできた。半導体レーザの場合し
きい値電流を充分低いものとすることができた。
【００５８】（６）請求項６記載の半導体発光素子は、
請求項５記載の半導体発光素子において、窒素を含む半
導体層と窒素を含む活性層との間に窒素を含む半導体層
よりバンドギャップエネルギーが大きい半導体層が形成
されていることを特徴としている。
請求項５記載の半導体発光素子において、窒素を含む半
導体層と窒素を含む活性層との間に窒素を含む半導体層
よりバンドギャップエネルギーが大きい半導体層が形成
されていることを特徴としている。
【００５９】前記請求項５のように成長室内に残留した
Ａｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、また
はＡｌを除去する工程は、窒素を含む半導体層の成長で
あり、Ａｌと酸素を膜中に取りこむ。窒素を含む半導体
層がキャリアが注入される活性領域内にあれば、酸素が
非発光再結合中心となり発光素子動作時発光効率を落と
してしまう。窒素を含む半導体層と窒素を含む活性層と
の間に窒素を含む半導体層よりバンドギャップエネルギ
ーが高くＡｌと窒素を含まない半導体層が形成されてい
ると、窒素を含む半導体層への注入キャリアはほとんど
無くなるので発光効率を落とすことは無くなる。
Ａｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、また
はＡｌを除去する工程は、窒素を含む半導体層の成長で
あり、Ａｌと酸素を膜中に取りこむ。窒素を含む半導体
層がキャリアが注入される活性領域内にあれば、酸素が
非発光再結合中心となり発光素子動作時発光効率を落と
してしまう。窒素を含む半導体層と窒素を含む活性層と
の間に窒素を含む半導体層よりバンドギャップエネルギ
ーが高くＡｌと窒素を含まない半導体層が形成されてい
ると、窒素を含む半導体層への注入キャリアはほとんど
無くなるので発光効率を落とすことは無くなる。
【００６０】本構成の半導体発光素子によれば、発光素
子動作時発光効率を落としてしまう非発光再結合中心と
なる酸素が膜中に取りこまれた窒素を含む半導体層と窒
素を含む活性層との間に窒素を含む半導体層よりバンド
ギャップエネルギーの高い半導体層を形成したので、窒
素を含む半導体層へのキャリア注入を抑制でき、発光効
率低下を抑制できるので発光効率を高くできた。半導体
レーザの場合しきい値電流を充分低いものとすることが
できた。
子動作時発光効率を落としてしまう非発光再結合中心と
なる酸素が膜中に取りこまれた窒素を含む半導体層と窒
素を含む活性層との間に窒素を含む半導体層よりバンド
ギャップエネルギーの高い半導体層を形成したので、窒
素を含む半導体層へのキャリア注入を抑制でき、発光効
率低下を抑制できるので発光効率を高くできた。半導体
レーザの場合しきい値電流を充分低いものとすることが
できた。
【００６１】（７）請求項７記載の半導体発光素子は、
基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層を
設けた半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層と
窒素を含む活性層との間にＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎ
ＮＡｓ層が形成されていることを特徴としている。
基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層を
設けた半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層と
窒素を含む活性層との間にＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎ
ＮＡｓ層が形成されていることを特徴としている。
【００６２】上記成長室内に残留したＡｌ原料、または
Ａｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチン
グガスで除去する工程は、結晶成長しながら行うことが
できる。たとえば上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む
活性層の間に中間層として窒素とＡｌを含まないＧａＡ
ｓを設ける場合、ＧａＡｓ層またはＧａＩｎＡｓ層成長
途中に上記エッチングガスであるＤＭＨｙガスを供給す
ると、Ａｌと酸素を取りこむ形でＧａＮＡｓ層またはＧ
ａＩｎＮＡｓ層が成長される。
Ａｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチン
グガスで除去する工程は、結晶成長しながら行うことが
できる。たとえば上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む
活性層の間に中間層として窒素とＡｌを含まないＧａＡ
ｓを設ける場合、ＧａＡｓ層またはＧａＩｎＡｓ層成長
途中に上記エッチングガスであるＤＭＨｙガスを供給す
ると、Ａｌと酸素を取りこむ形でＧａＮＡｓ層またはＧ
ａＩｎＮＡｓ層が成長される。
【００６３】これにより成長室内に残留したＡｌ原料、
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除
去できるので、活性層への酸素の取り込みを抑えること
ができる。この場合、ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡ
ｓ層は活性層のバンドギャップより大きいバンドギャッ
プとなるように条件を設定する必要がある。例えばＤＭ
Ｈｙ気相比：[ＤＭＨｙ]／（[ＤＭＨｙ]＋[ＡｓＨ３]）
を小さくすること、成長温度を高くすること、Ｉｎ組成
を大きくすることにより窒素のとりこまれは低減する。
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除
去できるので、活性層への酸素の取り込みを抑えること
ができる。この場合、ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡ
ｓ層は活性層のバンドギャップより大きいバンドギャッ
プとなるように条件を設定する必要がある。例えばＤＭ
Ｈｙ気相比：[ＤＭＨｙ]／（[ＤＭＨｙ]＋[ＡｓＨ３]）
を小さくすること、成長温度を高くすること、Ｉｎ組成
を大きくすることにより窒素のとりこまれは低減する。
【００６４】（８）請求項８記載の半導体発光素子は、
請求項５記載の半導体発光素子において、ＧａＮＡｓ層
またはＧａＩｎＮＡｓ層と窒素を含む活性層との間にＧ
ａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，
ＧａＩｎＰ層のいずれかが形成されていることを特徴と
している。
請求項５記載の半導体発光素子において、ＧａＮＡｓ層
またはＧａＩｎＮＡｓ層と窒素を含む活性層との間にＧ
ａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，
ＧａＩｎＰ層のいずれかが形成されていることを特徴と
している。
【００６５】請求項７のように成長室内に残留したＡｌ
原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡ
ｌを除去する工程は、ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡ
ｓ層成長であり、Ａｌと酸素を膜中に取りこむ。ＧａＮ
Ａｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層がキャリアが注入される
活性領域内にあれば、酸素が非発光再結合中心となり発
光素子動作時発光効率を落としてしまう。
原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡ
ｌを除去する工程は、ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡ
ｓ層成長であり、Ａｌと酸素を膜中に取りこむ。ＧａＮ
Ａｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層がキャリアが注入される
活性領域内にあれば、酸素が非発光再結合中心となり発
光素子動作時発光効率を落としてしまう。
【００６６】ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層と窒
素を含む活性層との間にＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮ
Ａｓ層よりバンドギャップエネルギーが高くＡｌと窒素
を含まないＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，Ｇａ
ＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰ層のいずれかが形成されている
と、ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層への注入キャ
リアはほとんどなくなるので発光効率を落とすことはな
くなる。
素を含む活性層との間にＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮ
Ａｓ層よりバンドギャップエネルギーが高くＡｌと窒素
を含まないＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，Ｇａ
ＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰ層のいずれかが形成されている
と、ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層への注入キャ
リアはほとんどなくなるので発光効率を落とすことはな
くなる。
【００６７】（９）請求項９記載の半導体発光素子は、
基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層を
設けた半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層と
窒素を含む活性層との間にＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩ
ｎＮＰＡｓ層が形成されていることを特徴としている。
基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを含む半導体層を
設けた半導体発光素子において、Ａｌを含む半導体層と
窒素を含む活性層との間にＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩ
ｎＮＰＡｓ層が形成されていることを特徴としている。
【００６８】上記成長室内に残留したＡｌ原料、または
Ａｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチン
グガスで除去する工程は、結晶成長しながら行うことが
できる。たとえば上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む
活性層の間に中間層として窒素とＡｌを含まないＧａＩ
ｎＰ層またはＧａＩｎＰＡｓ層を設ける場合、中間層成
長途中に上記エッチングガスであるＤＭＨｙガスを供給
すると、Ａｌと酸素を取りこむ形でＧａＩｎＮＰ層また
はＧａＩｎＮＰＡｓ層が成長される。
Ａｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチン
グガスで除去する工程は、結晶成長しながら行うことが
できる。たとえば上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む
活性層の間に中間層として窒素とＡｌを含まないＧａＩ
ｎＰ層またはＧａＩｎＰＡｓ層を設ける場合、中間層成
長途中に上記エッチングガスであるＤＭＨｙガスを供給
すると、Ａｌと酸素を取りこむ形でＧａＩｎＮＰ層また
はＧａＩｎＮＰＡｓ層が成長される。
【００６９】これにより成長室内に残留したＡｌ原料、
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除
去できるので、活性層への酸素の取り込みを抑えること
ができる。この場合、活性層のバンドギャップより大き
いバンドギャップとなるように条件を設定する必要があ
る。例えばＤＭＨｙ気相比：[ＤＭＨｙ]／（[ＤＭＨｙ]
＋[ＡｓＨ３]＋[ＰＨ３]）を小さくすること、成長温度
を高くすることにより窒素のとりこまれは低減する。
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除
去できるので、活性層への酸素の取り込みを抑えること
ができる。この場合、活性層のバンドギャップより大き
いバンドギャップとなるように条件を設定する必要があ
る。例えばＤＭＨｙ気相比：[ＤＭＨｙ]／（[ＤＭＨｙ]
＋[ＡｓＨ３]＋[ＰＨ３]）を小さくすること、成長温度
を高くすることにより窒素のとりこまれは低減する。
【００７０】（１０）請求項１０記載の半導体発光素子
は、請求項９記載の半導体発光素子において、ＧａＩｎ
ＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層と窒素を含む活性層と
の間にＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層よりバ
ンドギャップエネルギーの大きいＧａＡｓＰ，ＧａＩｎ
ＰＡｓ，ＧａＩｎＰ層が形成されていることを特徴とし
ている。
は、請求項９記載の半導体発光素子において、ＧａＩｎ
ＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層と窒素を含む活性層と
の間にＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層よりバ
ンドギャップエネルギーの大きいＧａＡｓＰ，ＧａＩｎ
ＰＡｓ，ＧａＩｎＰ層が形成されていることを特徴とし
ている。
【００７１】請求項９のように成長室内に残留したＡｌ
原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡ
ｌを除去する工程は、ＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮ
ＰＡｓ層成長であり、Ａｌと酸素を膜中に取りこむ。Ｇ
ａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層がキャリアが注
入される活性領域内にあれば、酸素が非発光再結合中心
となり発光素子動作時発光効率を落としてしまう。
原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡ
ｌを除去する工程は、ＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮ
ＰＡｓ層成長であり、Ａｌと酸素を膜中に取りこむ。Ｇ
ａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層がキャリアが注
入される活性領域内にあれば、酸素が非発光再結合中心
となり発光素子動作時発光効率を落としてしまう。
【００７２】ＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層
と窒素を含む活性層との間にＧａＩｎＮＰ層またはＧａ
ＩｎＮＰＡｓ層よりバンドギャップエネルギーが高くＡ
ｌと窒素を含まない，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，Ｇ
ａＩｎＰ層のいずれかが形成されていると、ＧａＩｎＮ
Ｐ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層への注入キャリアはほと
んどなくなるので発光効率を落とすことはなくなる。
と窒素を含む活性層との間にＧａＩｎＮＰ層またはＧａ
ＩｎＮＰＡｓ層よりバンドギャップエネルギーが高くＡ
ｌと窒素を含まない，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，Ｇ
ａＩｎＰ層のいずれかが形成されていると、ＧａＩｎＮ
Ｐ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層への注入キャリアはほと
んどなくなるので発光効率を落とすことはなくなる。
【００７３】（１１）請求項１１記載の面発光型半導体
レーザ素子は、請求項１から３のいずれかに記載の半導
体発光素子の製造方法、または請求項４から１０のいず
れかに記載の構成を用いて形成されたことを特徴として
いる。
レーザ素子は、請求項１から３のいずれかに記載の半導
体発光素子の製造方法、または請求項４から１０のいず
れかに記載の構成を用いて形成されたことを特徴として
いる。
【００７４】窒素を含んだ半導体層はＧａＮＡｓ，Ｇａ
ＩｎＮＡｓ，ＩｎＮＡｓ，ＧａＡｓＮＳｂ，ＧａＩｎＮ
ＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＰＡｓ等が上げられる。例えばＧ
ａＩｎＮＡｓについて以下説明する。ＧａＡｓより格子
定数が大きいＧａＩｎＡｓにＮを添加することで、Ｇａ
ＩｎＮＡｓはＧａＡｓに格子整合させることが可能とな
るとともに、そのバンドギャップが小さくなり、１．３
μｍ、１．５５μｍ帯での発光が可能となる。ＧａＡｓ
基板格子整合系なので、ワイドギャップのＡｌＧａＡｓ
やＧａＩｎＰをクラッド層に用いることができる。
ＩｎＮＡｓ，ＩｎＮＡｓ，ＧａＡｓＮＳｂ，ＧａＩｎＮ
ＡｓＳｂ，ＧａＩｎＮＰＡｓ等が上げられる。例えばＧ
ａＩｎＮＡｓについて以下説明する。ＧａＡｓより格子
定数が大きいＧａＩｎＡｓにＮを添加することで、Ｇａ
ＩｎＮＡｓはＧａＡｓに格子整合させることが可能とな
るとともに、そのバンドギャップが小さくなり、１．３
μｍ、１．５５μｍ帯での発光が可能となる。ＧａＡｓ
基板格子整合系なので、ワイドギャップのＡｌＧａＡｓ
やＧａＩｎＰをクラッド層に用いることができる。
【００７５】さらに、Ｎの添加により上記のようにバン
ドギャップが小さくなるとともに、伝導帯、価電子帯の
エネルギーレベルがともに下がり、ヘテロ接合における
伝導帯のバンド不連続が極めて大きくなる結果レーザの
動作電流の温度依存性を極めて小さくできる。
ドギャップが小さくなるとともに、伝導帯、価電子帯の
エネルギーレベルがともに下がり、ヘテロ接合における
伝導帯のバンド不連続が極めて大きくなる結果レーザの
動作電流の温度依存性を極めて小さくできる。
【００７６】さらに、面発光型半導体レーザ素子は、小
型、低消費電力及び２次元集積化による並列伝送に有利
である。面発光型半導体レーザ素子は従来のＧａＩｎＰ
Ａｓ／ＩｎＰ系では実用化に絶え得る性能を得るのは困
難であるが、ＧａＩｎＮＡｓ系材料によるとＧａＡｓ基
板を用いた０．８５μｍ帯面発光型半導体レーザ素子な
どで実績のあるＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ系
半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡や、ＡｌＡｓの選択酸
化による電流狭さく構造が適用できるので、実用化が期
待できる。
型、低消費電力及び２次元集積化による並列伝送に有利
である。面発光型半導体レーザ素子は従来のＧａＩｎＰ
Ａｓ／ＩｎＰ系では実用化に絶え得る性能を得るのは困
難であるが、ＧａＩｎＮＡｓ系材料によるとＧａＡｓ基
板を用いた０．８５μｍ帯面発光型半導体レーザ素子な
どで実績のあるＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ系
半導体多層膜分布ブラッグ反射鏡や、ＡｌＡｓの選択酸
化による電流狭さく構造が適用できるので、実用化が期
待できる。
【００７７】これを実現するためにはＧａＩｎＮＡｓ活
性層の結晶品質の向上や、多層膜反射鏡の低抵抗化、面
発光型半導体レーザ素子としての多層膜構造体の結晶品
質や制御性の向上が重要であったが、本発明の請求項１
から３のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法、
または請求項４から８のいずれかに記載の構成を用いて
いるので、低抵抗で駆動電圧が低く、発光効率が高く低
しきい値電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レ
ーザ素子を容易に低コストで実現できる。
性層の結晶品質の向上や、多層膜反射鏡の低抵抗化、面
発光型半導体レーザ素子としての多層膜構造体の結晶品
質や制御性の向上が重要であったが、本発明の請求項１
から３のいずれかに記載の半導体発光素子の製造方法、
または請求項４から８のいずれかに記載の構成を用いて
いるので、低抵抗で駆動電圧が低く、発光効率が高く低
しきい値電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レ
ーザ素子を容易に低コストで実現できる。
【００７８】（１２）請求項１２記載の面発光型半導体
レーザ素子は、上記成長室内に残留したＡｌ原料、また
はＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチ
ングガスで除去する工程を行った半導体領域と窒素を含
む活性層との間にＧａｘＩｎ1- ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦
１，０＜ｙ≦１）層が設けられ、上記エッチングガスで
除去する工程を行う領域は半導体分布ブラッグ反射鏡部
分としたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに
記載の半導体発光素子の製造方法を用いて形成されたこ
とを特徴としている。
レーザ素子は、上記成長室内に残留したＡｌ原料、また
はＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチ
ングガスで除去する工程を行った半導体領域と窒素を含
む活性層との間にＧａｘＩｎ1- ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦
１，０＜ｙ≦１）層が設けられ、上記エッチングガスで
除去する工程を行う領域は半導体分布ブラッグ反射鏡部
分としたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに
記載の半導体発光素子の製造方法を用いて形成されたこ
とを特徴としている。
【００７９】キャリアが注入される活性領域中で除去工
程を設けると、酸化等により非発光再結合が生じ発光効
率を落とす可能性があるが、請求項１２のように成長室
内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ
化合物、またはＡｌをエッチングガスで除去する工程を
行った後、活性層を成長する前に反射鏡の低屈折率層の
一部としてＧａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦１，０＜
ｙ≦１）層を成長した構造とすると、ＧａｘＩｎ1-ｘＰ
ｙＡｓ（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）より活性層に近い領
域で、ナローギャップの材料（例えばＧａＡｓ）を用い
て活性領域を形成することが可能となるので上記発光効
率低下の心配はなく、Ａｌ系残留物除去工程を行った領
域での非発光再結合センターによる素子性能への影響を
なくすることができ、低しきい値電流動作し、温度特性
が良い面発光型半導体レーザ素子を得ることができる。
程を設けると、酸化等により非発光再結合が生じ発光効
率を落とす可能性があるが、請求項１２のように成長室
内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ
化合物、またはＡｌをエッチングガスで除去する工程を
行った後、活性層を成長する前に反射鏡の低屈折率層の
一部としてＧａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦１，０＜
ｙ≦１）層を成長した構造とすると、ＧａｘＩｎ1-ｘＰ
ｙＡｓ（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦１）より活性層に近い領
域で、ナローギャップの材料（例えばＧａＡｓ）を用い
て活性領域を形成することが可能となるので上記発光効
率低下の心配はなく、Ａｌ系残留物除去工程を行った領
域での非発光再結合センターによる素子性能への影響を
なくすることができ、低しきい値電流動作し、温度特性
が良い面発光型半導体レーザ素子を得ることができる。
【００８０】（１３）請求項１３記載の面発光型半導体
レーザ素子は、上記成長室内に残留したＡｌ原料、また
はＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチ
ングガスで除去する工程を行う半導体領域と窒素を含む
活性層との間にＧａｘＩｎ１− ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦
１，０＜ｙ≦１）層が設けられ、上記エッチングガスで
除去する工程を行う領域は共振器部分としたことを特徴
とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体発光素
子の製造方法を用いて形成されたことを特徴としてい
る。
レーザ素子は、上記成長室内に残留したＡｌ原料、また
はＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチ
ングガスで除去する工程を行う半導体領域と窒素を含む
活性層との間にＧａｘＩｎ１− ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦
１，０＜ｙ≦１）層が設けられ、上記エッチングガスで
除去する工程を行う領域は共振器部分としたことを特徴
とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体発光素
子の製造方法を用いて形成されたことを特徴としてい
る。
【００８１】成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ
反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチングガ
スで除去する工程は、Ａｌを含んだ下部反射鏡と窒素を
含んだ活性層の間であれば良く、共振器内でも良い。た
だしキャリアが注入される活性領域中で除去工程を設け
ると、酸化等により非発光再結合が生じ発光効率を落と
す可能性があるが、共振器部分で成長中断して、成長室
内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ
化合物、またはＡｌをエッチングガスで除去する工程を
行った後、活性層を成長する前にＧａＩｎＰ、またはＧ
ａＰＡｓ、またはＧａＩｎＰＡｓ層を成長した構造とす
ると、ＧａＩｎＰ、またはＧａＰＡｓ、またはＧａＩｎ
ＰＡｓ層より活性層に近い領域で、ナローギャップの材
料（例えばＧａＡｓ）を用いて活性領域を形成すること
が可能となるので、共振器内で成長中断しても上記発光
効率低下の心配はなく、Ａｌ系残留物除去工程を行った
領域での非発光再結合センターによる素子性能への影響
を無くすることができ、低しきい値電流動作し、温度特
性が良い面発光型半導体レーザ素子を得ることができ
る。
反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチングガ
スで除去する工程は、Ａｌを含んだ下部反射鏡と窒素を
含んだ活性層の間であれば良く、共振器内でも良い。た
だしキャリアが注入される活性領域中で除去工程を設け
ると、酸化等により非発光再結合が生じ発光効率を落と
す可能性があるが、共振器部分で成長中断して、成長室
内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ
化合物、またはＡｌをエッチングガスで除去する工程を
行った後、活性層を成長する前にＧａＩｎＰ、またはＧ
ａＰＡｓ、またはＧａＩｎＰＡｓ層を成長した構造とす
ると、ＧａＩｎＰ、またはＧａＰＡｓ、またはＧａＩｎ
ＰＡｓ層より活性層に近い領域で、ナローギャップの材
料（例えばＧａＡｓ）を用いて活性領域を形成すること
が可能となるので、共振器内で成長中断しても上記発光
効率低下の心配はなく、Ａｌ系残留物除去工程を行った
領域での非発光再結合センターによる素子性能への影響
を無くすることができ、低しきい値電流動作し、温度特
性が良い面発光型半導体レーザ素子を得ることができ
る。
【００８２】本構成の半導体発光素子によれば、成長室
内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ
化合物、またはＡｌをエッチングガスで除去する工程を
行った半導体領域と窒素を含む活性層との間にＧａＩｎ
Ｐ、またはＧａＰＡｓ、またはＧａＩｎＰＡｓ層を形成
したので、エッチングガスで除去する工程中に発生した
ダメージや、成長中断により酸素の取りこまれが発生し
非発光再結合中心が形成された半導体領域のバンドギャ
ップより大きいバンドギャップを有する半導体層が活性
層との間にあるので、非発光再結合中心が形成された半
導体領域への注入キャリアを低減でき、発光効率低下を
抑制できるので発光効率を高くできた。半導体レーザの
場合しきい値電流を充分低いものとすることができた。
内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ
化合物、またはＡｌをエッチングガスで除去する工程を
行った半導体領域と窒素を含む活性層との間にＧａＩｎ
Ｐ、またはＧａＰＡｓ、またはＧａＩｎＰＡｓ層を形成
したので、エッチングガスで除去する工程中に発生した
ダメージや、成長中断により酸素の取りこまれが発生し
非発光再結合中心が形成された半導体領域のバンドギャ
ップより大きいバンドギャップを有する半導体層が活性
層との間にあるので、非発光再結合中心が形成された半
導体領域への注入キャリアを低減でき、発光効率低下を
抑制できるので発光効率を高くできた。半導体レーザの
場合しきい値電流を充分低いものとすることができた。
【００８３】（１４）請求項１４記載の光送信モジュー
ルは、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型半
導体レーザ素子を光源として用いたことを特徴としてい
る。上記の如き低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値電
流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を
用いることによって、冷却素子が不要な低コストな光送
信モジュールを実現することができる。
ルは、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型半
導体レーザ素子を光源として用いたことを特徴としてい
る。上記の如き低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値電
流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を
用いることによって、冷却素子が不要な低コストな光送
信モジュールを実現することができる。
【００８４】（１５）請求項１５記載の光送受信モジュ
ールは、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型
半導体レーザ素子を光源として用いたことを特徴として
いる。上記の如き低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値
電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子
を用いることによって、冷却素子が不要な低コストな光
送受信モジュールを実現することができる。
ールは、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型
半導体レーザ素子を光源として用いたことを特徴として
いる。上記の如き低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値
電流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子
を用いることによって、冷却素子が不要な低コストな光
送受信モジュールを実現することができる。
【００８５】（１６）請求項１６記載の光通信システム
は、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型半導
体レーザ素子を光源として用いたことを特徴としてい
る。上記の如き低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値電
流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を
用いることによって、冷却素子不要な低コストな光ファ
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。
は、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型半導
体レーザ素子を光源として用いたことを特徴としてい
る。上記の如き低抵抗で駆動電圧が低く、低しきい値電
流動作し、温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を
用いることによって、冷却素子不要な低コストな光ファ
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。
【００８６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面を
用いて詳細に説明する。
用いて詳細に説明する。
【００８７】（第１の実施例）本発明の第１の実施例に
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。図９は、第１の実施例（および第２の実施
例）におけるＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子
の構造を示す図である。
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。図９は、第１の実施例（および第２の実施
例）におけるＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子
の構造を示す図である。
【００８８】図９に示すように、本実施例における面発
光型半導体レーザ素子は、２インチの大きさの面方位
（１００）のｎ−ＧａＡｓ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−Ａｌｘ
Ｇａ１−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（下部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に下部
反射鏡ともいう）２０２が形成（図９では詳細は省略）
されている。その上にアンドープ下部ＧａＡｓスペーサ
層２０３，３層のＧａｘＩｎ１−ｘＮｙＡｓ
１−ｙ（ｘ、ｙ）井戸層とＧａＡｓバリア層からなる多
重量子井戸活性層２０４，アンドープ上部ＧａＡｓスペ
ーサ層２０５が形成されている。
光型半導体レーザ素子は、２インチの大きさの面方位
（１００）のｎ−ＧａＡｓ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−Ａｌｘ
Ｇａ１−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（下部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に下部
反射鏡ともいう）２０２が形成（図９では詳細は省略）
されている。その上にアンドープ下部ＧａＡｓスペーサ
層２０３，３層のＧａｘＩｎ１−ｘＮｙＡｓ
１−ｙ（ｘ、ｙ）井戸層とＧａＡｓバリア層からなる多
重量子井戸活性層２０４，アンドープ上部ＧａＡｓスペ
ーサ層２０５が形成されている。
【００８９】その上にｐ−半導体分布ブラッグ反射鏡
（上部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に上部反射鏡とも
いう）２０６が形成されている。上部反射鏡２０６は、
被選択酸化層となるＡｌＡｓをＡｌＧａＡｓで挟んだ３
λ／４厚さの低屈折率層（λ／４−１５ｎｍのＣドープ
ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）、Ｃ ドープ
ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層３０ｎｍ、２λ／４−１５ｎ
ｍのＣドープのｐ−Ａｌ ｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．
９））と厚さλ／４のＧａＡｓ（１ 周期）、及びＣド
ープのｐ−ＡｌｘＧａ１−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 例えば、２５周期
から構成されている（図では詳細は省略）。
（上部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に上部反射鏡とも
いう）２０６が形成されている。上部反射鏡２０６は、
被選択酸化層となるＡｌＡｓをＡｌＧａＡｓで挟んだ３
λ／４厚さの低屈折率層（λ／４−１５ｎｍのＣドープ
ｐ−ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．９）、Ｃ ドープ
ｐ−ＡｌＡｓ被選択酸化層３０ｎｍ、２λ／４−１５ｎ
ｍのＣドープのｐ−Ａｌ ｘＧａ１−ｘＡｓ（ｘ＝０．
９））と厚さλ／４のＧａＡｓ（１ 周期）、及びＣド
ープのｐ−ＡｌｘＧａ１−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 例えば、２５周期
から構成されている（図では詳細は省略）。
【００９０】上部反射鏡２０６の最上部のＧａＡｓ層は
電極とコンタクトを取るコンタクト層２０７を兼ねてい
る。活性層内の井戸層のＩｎ組成ｘは３７％，窒素組成
は０．５％とした。井戸層の厚さは７ｎｍとした。Ｇａ
Ａｓ基板２０１に対して約２．５％の圧縮歪（高歪）を
有していた。
電極とコンタクトを取るコンタクト層２０７を兼ねてい
る。活性層内の井戸層のＩｎ組成ｘは３７％，窒素組成
は０．５％とした。井戸層の厚さは７ｎｍとした。Ｇａ
Ａｓ基板２０１に対して約２．５％の圧縮歪（高歪）を
有していた。
【００９１】ＭＯＣＶＤ法によるＧａＩｎＮＡｓ活性層
の原料には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），そして
窒素の原料にはＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用い
た。キャリアガスにはＨ２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原料である。本実施例のＧａＩｎＮ
Ａｓ面発光型半導体レーザ素子の活性層のように歪が大
きい場合は、非平衡となる低温成長が好ましい。本実施
例ではＧａＩｎＮＡｓ層は５４０℃で成長させた。
の原料には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），そして
窒素の原料にはＤＭＨｙ（ジメチルヒドラジン）を用い
た。キャリアガスにはＨ２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原料である。本実施例のＧａＩｎＮ
Ａｓ面発光型半導体レーザ素子の活性層のように歪が大
きい場合は、非平衡となる低温成長が好ましい。本実施
例ではＧａＩｎＮＡｓ層は５４０℃で成長させた。
【００９２】なお本実施例では活性層への酸素の取り込
みを抑え発光効率を低下させないようにするため、下部
ＧａＡｓスペーサ層２０３成長途中で成長中断し、ＤＭ
Ｈｙガスを用いてＡｌ系残留物を除外した。ＤＭＨｙシ
リンダーを用いてＤＭＨｙを供給すると反応室側壁、加
熱体、基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留
物と反応し除去することのできるので、活性層への酸素
の取り込みを抑えることができた。この工程はＡｌを含
んだ半導体層成長後、窒素を含んだ活性層成長の前まで
に行えば良い。
みを抑え発光効率を低下させないようにするため、下部
ＧａＡｓスペーサ層２０３成長途中で成長中断し、ＤＭ
Ｈｙガスを用いてＡｌ系残留物を除外した。ＤＭＨｙシ
リンダーを用いてＤＭＨｙを供給すると反応室側壁、加
熱体、基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留
物と反応し除去することのできるので、活性層への酸素
の取り込みを抑えることができた。この工程はＡｌを含
んだ半導体層成長後、窒素を含んだ活性層成長の前まで
に行えば良い。
【００９３】所定の大きさのメサを少なくともｐ−Ａｌ
Ａｓ被選択酸化層２０８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Ａｌｘ
Ｏｙ電流狭さく部２０９を形成した。そして、次にポリ
イミド２１０でエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｐ
コンタクト部と光出射部のある上部反射鏡２０６上のポ
リイミドを除去し、ｐコンタクト層２０７上の光出射部
以外にｐ側電極２１１、裏面にｎ側電極２１２を形成し
た。
Ａｓ被選択酸化層２０８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Ａｌｘ
Ｏｙ電流狭さく部２０９を形成した。そして、次にポリ
イミド２１０でエッチング部を埋め込んで平坦化し、ｐ
コンタクト部と光出射部のある上部反射鏡２０６上のポ
リイミドを除去し、ｐコンタクト層２０７上の光出射部
以外にｐ側電極２１１、裏面にｎ側電極２１２を形成し
た。
【００９４】作製した面発光型半導体レーザ素子の発振
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。装置内に残留したＡｌを含
んだ化合物が、窒素を含む活性層成長時に酸素とともに
膜中に取りこまれないように、エッチングガスを用いて
除外したので、活性層に酸素がＡｌとともに混入するこ
とを抑えることができた。これにより発光効率が高く低
しきい値で発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レー
ザ素子を量産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。装置内に残留したＡｌを含
んだ化合物が、窒素を含む活性層成長時に酸素とともに
膜中に取りこまれないように、エッチングガスを用いて
除外したので、活性層に酸素がＡｌとともに混入するこ
とを抑えることができた。これにより発光効率が高く低
しきい値で発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レー
ザ素子を量産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。
【００９５】また、ＡｌとＡｓを主成分とした被選択酸
化層の選択酸化により電流狭さくを行ったのでしきい値
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層を用いた電流狭さく構造による
と、電流狭さく層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。さらに酸化して
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。
化層の選択酸化により電流狭さくを行ったのでしきい値
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層を用いた電流狭さく構造による
と、電流狭さく層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。さらに酸化して
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。
【００９６】ＧａＩｎＮＡｓ等の窒素と他のＶ族を含ん
だ半導体層はＭＢＥ法が主に用いられていたが、原理的
に高真空中での成長なので原料供給量を大きくできな
い。大きくすると排気系に負担がかかるデメリットがあ
る。高真空排気系の排気ポンプを必要とするが、ＭＢＥ
チャンバー内の残留原料等を除去するなどのために排気
系に負担がかかり故障しやすいことからスループットは
悪い。
だ半導体層はＭＢＥ法が主に用いられていたが、原理的
に高真空中での成長なので原料供給量を大きくできな
い。大きくすると排気系に負担がかかるデメリットがあ
る。高真空排気系の排気ポンプを必要とするが、ＭＢＥ
チャンバー内の残留原料等を除去するなどのために排気
系に負担がかかり故障しやすいことからスループットは
悪い。
【００９７】面発光型半導体レーザ素子はレーザ光を発
生する少なくとも１層の活性層を含んだ活性領域を半導
体多層膜反射鏡で挟んで構成されている。端面発光型レ
ーザの結晶成長層の厚さが３μｍ程度であるのに対し
て、例えば１．３μｍ波長帯面発光型半導体レーザ素子
では１０μｍを超える厚さが必要になるが、ＭＢＥ法で
は高真空を必要とすることから原料供給量を高くするこ
とができず、成長速度は１μｍ／ｈ程度であり１０μｍ
の厚さを成長するには原料供給量を変えるための成長中
断時間を設けないとしても最低１０時間かかる。
生する少なくとも１層の活性層を含んだ活性領域を半導
体多層膜反射鏡で挟んで構成されている。端面発光型レ
ーザの結晶成長層の厚さが３μｍ程度であるのに対し
て、例えば１．３μｍ波長帯面発光型半導体レーザ素子
では１０μｍを超える厚さが必要になるが、ＭＢＥ法で
は高真空を必要とすることから原料供給量を高くするこ
とができず、成長速度は１μｍ／ｈ程度であり１０μｍ
の厚さを成長するには原料供給量を変えるための成長中
断時間を設けないとしても最低１０時間かかる。
【００９８】活性領域の厚さは全体に比べて通常ごくわ
ずかであり（１０％以下）、ほとんどが多層膜反射鏡を
構成する層である。半導体多層膜反射鏡はそれぞれの媒
質内における発振波長の１／４倍の厚さ（λ／４の厚
さ）で低屈折率層と高屈折率層を交互に積層して（例え
ば２０〜４０ペア）形成されている。
ずかであり（１０％以下）、ほとんどが多層膜反射鏡を
構成する層である。半導体多層膜反射鏡はそれぞれの媒
質内における発振波長の１／４倍の厚さ（λ／４の厚
さ）で低屈折率層と高屈折率層を交互に積層して（例え
ば２０〜４０ペア）形成されている。
【００９９】ＧａＡｓ基板上の面発光型半導体レーザ素
子ではＡｌＧａＡｓ系材料を用いＡｌ組成を変えて低屈
折率層（Ａｌ組成大）と高屈折率層（Ａｌ組成小）とし
ている。しかし実際には、特にｐ側は各層のヘテロ障壁
により抵抗が大きくなるので低屈折率層と高屈折率層の
間に、Ａｌ組成が両者の間となる中間層を挿入して多層
膜反射鏡の抵抗を低減している。
子ではＡｌＧａＡｓ系材料を用いＡｌ組成を変えて低屈
折率層（Ａｌ組成大）と高屈折率層（Ａｌ組成小）とし
ている。しかし実際には、特にｐ側は各層のヘテロ障壁
により抵抗が大きくなるので低屈折率層と高屈折率層の
間に、Ａｌ組成が両者の間となる中間層を挿入して多層
膜反射鏡の抵抗を低減している。
【０１００】このように、面発光型半導体レーザ素子は
１００層を超える組成の異なる半導体層を成長しなけれ
ばならない他に多層膜反射鏡の低屈折率層と高屈折率層
の間にも中間層を設けるなど、瞬時に原料供給量を制御
する必要がある素子である。しかしＭＢＥ法では原料供
給を原料セルの温度を変えて供給量を制御しており臨機
応変に組成をコントロールすることができない。よって
ＭＢＥ法により成長した半導体多層膜反射鏡は抵抗を低
くするのは困難であり動作電圧が高い。
１００層を超える組成の異なる半導体層を成長しなけれ
ばならない他に多層膜反射鏡の低屈折率層と高屈折率層
の間にも中間層を設けるなど、瞬時に原料供給量を制御
する必要がある素子である。しかしＭＢＥ法では原料供
給を原料セルの温度を変えて供給量を制御しており臨機
応変に組成をコントロールすることができない。よって
ＭＢＥ法により成長した半導体多層膜反射鏡は抵抗を低
くするのは困難であり動作電圧が高い。
【０１０１】一方、ＭＯＣＶＤ法は原料ガス流量を制御
するだけでよく瞬時に組成をコントロールできるととも
に、ＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、また成長速
度を例えば３μｍ／ｈ以上と高くでき、容易にスループ
ットを上げられることから、極めて量産に適した成長方
法である。
するだけでよく瞬時に組成をコントロールできるととも
に、ＭＢＥ法のような高真空を必要とせず、また成長速
度を例えば３μｍ／ｈ以上と高くでき、容易にスループ
ットを上げられることから、極めて量産に適した成長方
法である。
【０１０２】このように本実施例によれば、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素子
を実現できる。
で低コストの１．３μｍ帯の面発光型半導体レーザ素子
を実現できる。
【０１０３】（第２の実施例）本発明の第２の実施例に
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。第１の実施例と違うところは、成長室内に残
留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合
物、またはＡｌを除去するためにＧａＡｓ下部スペーサ
層２０３の成長途中で成長中断し酸素（Ｏ２）を供給し
たことである。
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。第１の実施例と違うところは、成長室内に残
留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合
物、またはＡｌを除去するためにＧａＡｓ下部スペーサ
層２０３の成長途中で成長中断し酸素（Ｏ２）を供給し
たことである。
【０１０４】作製した面発光型半導体レーザ素子の発振
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。
【０１０５】装置内に残留したＡｌを含んだ化合物が、
窒素を含む活性層成長時に酸素とともに膜中に取りこま
れないように、Ａｌを含んだ層と窒素を含んだ活性層と
の間で成長中断してエッチングガスである酸素（Ｏ２）
を供給したので、成長中断界面に酸素とともにＡｌが取
りこまれたが、反応室内に残留したＡｌを含んだ化合物
は活性層成長前に除外され、活性層に酸素がＡｌととも
に混入することを抑えることができた。これにより発光
効率が高く低しきい値で発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光
型半導体レーザ素子を量産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造
できた。
窒素を含む活性層成長時に酸素とともに膜中に取りこま
れないように、Ａｌを含んだ層と窒素を含んだ活性層と
の間で成長中断してエッチングガスである酸素（Ｏ２）
を供給したので、成長中断界面に酸素とともにＡｌが取
りこまれたが、反応室内に残留したＡｌを含んだ化合物
は活性層成長前に除外され、活性層に酸素がＡｌととも
に混入することを抑えることができた。これにより発光
効率が高く低しきい値で発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光
型半導体レーザ素子を量産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造
できた。
【０１０６】（第３の実施例）本発明の第３の実施例に
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。図１０は、第３の実施例におけるＧａＩｎＮ
Ａｓ面発光型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。図１０は、第３の実施例におけるＧａＩｎＮ
Ａｓ面発光型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【０１０７】第１の実施例と違うところは、成長室内に
残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合
物、またはＡｌを除去する工程はＧａＡｓ下部スペーサ
層２０３の成長途中でＤＭＨｙを供給しＧａＩｎＮＡｓ
層を成長したことである。このＧａＩｎＮＡｓ層はＧａ
ＩｎＮＡｓ活性層よりバンドギャップエネルギーが大き
い条件となっている。
残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合
物、またはＡｌを除去する工程はＧａＡｓ下部スペーサ
層２０３の成長途中でＤＭＨｙを供給しＧａＩｎＮＡｓ
層を成長したことである。このＧａＩｎＮＡｓ層はＧａ
ＩｎＮＡｓ活性層よりバンドギャップエネルギーが大き
い条件となっている。
【０１０８】作製した面発光型半導体レーザ素子の発振
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。装置内に残留したＡｌを含
んだ化合物が、窒素を含む活性層成長時に酸素とともに
膜中に取りこまれないように、エッチングガスであるＤ
ＭＨｙを供給しＧａＩｎＮＡｓ層を成長したので、除去
工程を行ったＧａＩｎＮＡｓ層に酸素とともにＡｌが取
りこまれたが、反応室内に残留したＡｌを含んだ化合物
は活性層成長前に除外され、活性層に酸素がＡｌととも
に混入することを抑えることができた。この除去工程を
行ったＧａＩｎＮＡｓ層は活性層のダミー層といえる。
これにより発光効率が高く低しきい値で発振するＧａＩ
ｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を量産に有利なＭＯ
ＣＶＤ法で製造できた。
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。装置内に残留したＡｌを含
んだ化合物が、窒素を含む活性層成長時に酸素とともに
膜中に取りこまれないように、エッチングガスであるＤ
ＭＨｙを供給しＧａＩｎＮＡｓ層を成長したので、除去
工程を行ったＧａＩｎＮＡｓ層に酸素とともにＡｌが取
りこまれたが、反応室内に残留したＡｌを含んだ化合物
は活性層成長前に除外され、活性層に酸素がＡｌととも
に混入することを抑えることができた。この除去工程を
行ったＧａＩｎＮＡｓ層は活性層のダミー層といえる。
これにより発光効率が高く低しきい値で発振するＧａＩ
ｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を量産に有利なＭＯ
ＣＶＤ法で製造できた。
【０１０９】（第４の実施例）本発明の第４の実施例に
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。図１１は、第４の実施例におけるＧａＩｎＮ
Ａｓ面発光型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。図１１は、第４の実施例におけるＧａＩｎＮ
Ａｓ面発光型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【０１１０】第１の実施例と違うところは、成長室内に
残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合
物、またはＡｌを除去する工程は下部反射鏡領域で行っ
ていることである。下部反射鏡を構成する低屈折率層は
ほとんどＡｌＧａＡｓで構成されているが、最も活性層
側の一層がＧａｘＩｎ１-ｘＰｙＡｓ（ｘ＝０．５，ｙ
＝１）とし、その下部の高屈折率層であるＧａＡｓ層の
途中で成長中断しＤＭＨｙを供給した。
残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合
物、またはＡｌを除去する工程は下部反射鏡領域で行っ
ていることである。下部反射鏡を構成する低屈折率層は
ほとんどＡｌＧａＡｓで構成されているが、最も活性層
側の一層がＧａｘＩｎ１-ｘＰｙＡｓ（ｘ＝０．５，ｙ
＝１）とし、その下部の高屈折率層であるＧａＡｓ層の
途中で成長中断しＤＭＨｙを供給した。
【０１１１】作製した面発光型半導体レーザ素子の発振
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。
【０１１２】装置内に残留したＡｌを含んだ化合物が、
窒素を含む活性層成長時に酸素とともに膜中に取りこま
れないように、Ａｌを含んだ半導体層と窒素を含んだ活
性層との間でエッチングガスであるＤＭＨｙを供給した
ので、反応室内に残留したＡｌを含んだ化合物は活性層
成長前に除外され、活性層に酸素がＡｌとともに混入す
ることを抑えることができた。ただしこの界面にはエッ
チングガス等によるダメージを受け欠陥が発生する可能
性がある。また窒素、酸素、Ａｌが取りこまれることも
ある。これらにより非発光再結合センターが形成される
可能性がある。
窒素を含む活性層成長時に酸素とともに膜中に取りこま
れないように、Ａｌを含んだ半導体層と窒素を含んだ活
性層との間でエッチングガスであるＤＭＨｙを供給した
ので、反応室内に残留したＡｌを含んだ化合物は活性層
成長前に除外され、活性層に酸素がＡｌとともに混入す
ることを抑えることができた。ただしこの界面にはエッ
チングガス等によるダメージを受け欠陥が発生する可能
性がある。また窒素、酸素、Ａｌが取りこまれることも
ある。これらにより非発光再結合センターが形成される
可能性がある。
【０１１３】しかしながら本実施例では、成長中断した
界面とＧａＩｎＮＡｓ活性層の間にワイドバンドギャッ
プであるＧａＩｎＰＡｓ層が挿入されているので、成長
中断界面にキャリアが注入されるのを抑制できるので成
長中断界面の非発光再結合センターによる発光効率低下
が防止できる。これにより発光効率が高く低しきい値で
発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を量
産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。
界面とＧａＩｎＮＡｓ活性層の間にワイドバンドギャッ
プであるＧａＩｎＰＡｓ層が挿入されているので、成長
中断界面にキャリアが注入されるのを抑制できるので成
長中断界面の非発光再結合センターによる発光効率低下
が防止できる。これにより発光効率が高く低しきい値で
発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を量
産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。
【０１１４】（第５の実施例）本発明の第５の実施例に
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。図１２は、第５の実施例におけるＧａＩｎＮ
Ａｓ面発光型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。図１２は、第５の実施例におけるＧａＩｎＮ
Ａｓ面発光型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【０１１５】第４の実施例と違うところは、成長室内に
残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合
物、またはＡｌを除去する工程は下部反射鏡を構成する
低屈折率層を構成しているＧａｘＩｎ１-ｘＰｙＡｓ
（ｘ＝０．５，ｙ＝１）層中となっていてＧａＩｎＰ層
の成長途中でＤＭＨｙを供給しＧａＩｎＮＰ層を成長し
たことである。
残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合
物、またはＡｌを除去する工程は下部反射鏡を構成する
低屈折率層を構成しているＧａｘＩｎ１-ｘＰｙＡｓ
（ｘ＝０．５，ｙ＝１）層中となっていてＧａＩｎＰ層
の成長途中でＤＭＨｙを供給しＧａＩｎＮＰ層を成長し
たことである。
【０１１６】作製した面発光型半導体レーザ素子の発振
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。装置内に残留したＡｌを含
んだ化合物が、窒素を含む活性層成長時に酸素とともに
膜中に取りこまれないように、エッチングガスであるＤ
ＭＨｙを供給しＧａＩｎＮＰ層を成長したので、ＧａＩ
ｎＮＰ層に酸素とともにＡｌが取りこまれたが、反応室
内に残留したＡｌを含んだ化合物は活性層成長前に除外
され、活性層に酸素がＡｌとともに混入することを抑え
ることができた。
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。装置内に残留したＡｌを含
んだ化合物が、窒素を含む活性層成長時に酸素とともに
膜中に取りこまれないように、エッチングガスであるＤ
ＭＨｙを供給しＧａＩｎＮＰ層を成長したので、ＧａＩ
ｎＮＰ層に酸素とともにＡｌが取りこまれたが、反応室
内に残留したＡｌを含んだ化合物は活性層成長前に除外
され、活性層に酸素がＡｌとともに混入することを抑え
ることができた。
【０１１７】更に、ＧａＩｎＮＰ層とＧａＩｎＮＡｓ活
性層の間にワイドバンドギャップであるＧａＩｎＰ層が
あるので、非発光再結合センターとなる酸素が取りこま
れるＧａＮＡｓ層がキャリアの注入される活性領域では
ないのでＧａＩｎＮＰ層中の非発光再結合センターによ
る発光効率低下が防止できる。これにより発光効率が高
く低しきい値で発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体
レーザ素子を量産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。
ＧａＩｎＰ層の途中にＧａＩｎＮＰ層を形成したが、下
部反射鏡の低屈折率層一層全てをＧａＩｎＮＰ層として
もよい。
性層の間にワイドバンドギャップであるＧａＩｎＰ層が
あるので、非発光再結合センターとなる酸素が取りこま
れるＧａＮＡｓ層がキャリアの注入される活性領域では
ないのでＧａＩｎＮＰ層中の非発光再結合センターによ
る発光効率低下が防止できる。これにより発光効率が高
く低しきい値で発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体
レーザ素子を量産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。
ＧａＩｎＰ層の途中にＧａＩｎＮＰ層を形成したが、下
部反射鏡の低屈折率層一層全てをＧａＩｎＮＰ層として
もよい。
【０１１８】（第６の実施例）図１３は、本発明の第６
の実施例を示す図で、第４の実施例に係る面発光型半導
体レーザ素子とファイバーとを組み合わせた光送信モジ
ュールの概要図である。本実施例では１．３μｍ帯Ｇａ
ＩｎＮＡｓの面発光型半導体レーザ素子３０１からのレ
ーザ光が石英系光光ファイバー３０２に入力され、伝送
される。
の実施例を示す図で、第４の実施例に係る面発光型半導
体レーザ素子とファイバーとを組み合わせた光送信モジ
ュールの概要図である。本実施例では１．３μｍ帯Ｇａ
ＩｎＮＡｓの面発光型半導体レーザ素子３０１からのレ
ーザ光が石英系光光ファイバー３０２に入力され、伝送
される。
【０１１９】発振波長の異なる複数の面発光型半導体レ
ーザ素子を１次元または２次元にアレイ状に配置して、
波長多重送信することにより伝送速度を増大することが
可能となる。また、面発光型半導体レーザ素子を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
せて伝送速度を増大することもできる。
ーザ素子を１次元または２次元にアレイ状に配置して、
波長多重送信することにより伝送速度を増大することが
可能となる。また、面発光型半導体レーザ素子を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
せて伝送速度を増大することもできる。
【０１２０】さらに、本発明による面発光型半導体レー
ザ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る他、これを用いた
低コスト高信頼光通信システムを実現できる。また、Ｇ
ａＩｎＮＡｓを用いた面発光型半導体レーザ素子は温度
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。
ザ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る他、これを用いた
低コスト高信頼光通信システムを実現できる。また、Ｇ
ａＩｎＮＡｓを用いた面発光型半導体レーザ素子は温度
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。
【０１２１】（第７の実施例）図１４は、本発明の第７
の実施例を示す図で、第５の実施例の面発光型半導体レ
ーザ素子と、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図である。
の実施例を示す図で、第５の実施例の面発光型半導体レ
ーザ素子と、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図である。
【０１２２】本発明による面発光型半導体レーザ素子を
光通信システムに用いる場合、面発光型半導体レーザ素
子は低コストであるので、図１４に示すように送信用の
面発光型半導体レーザ素子（１．３μｍ帯ＧａＩｎＮＡ
ｓ面発光型半導体レーザ素子）３０５と、受信用フォト
ダイオード３０６と、光ファイバー３０７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。
光通信システムに用いる場合、面発光型半導体レーザ素
子は低コストであるので、図１４に示すように送信用の
面発光型半導体レーザ素子（１．３μｍ帯ＧａＩｎＮＡ
ｓ面発光型半導体レーザ素子）３０５と、受信用フォト
ダイオード３０６と、光ファイバー３０７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。
【０１２３】また、本発明に係るＧａＩｎＮＡｓを用い
た面発光型半導体レーザ素子の場合，温度特性が良いこ
と、動作電圧が低いこと、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より
低コストのシステムを実現できる。
た面発光型半導体レーザ素子の場合，温度特性が良いこ
と、動作電圧が低いこと、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より
低コストのシステムを実現できる。
【０１２４】さらに、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Ｇ
ａＩｎＮＡｓを活性層に用いた面発光型レーザとを組み
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。
となるフッ素添加ＰＯＦ（プラスチックファイバ）とＧ
ａＩｎＮＡｓを活性層に用いた面発光型レーザとを組み
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。
【０１２５】（第８の実施例）本発明の第８の実施例に
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。本実施例におけるＧａＩｎＮＡｓ面発光型半
導体レーザ素子の構造を図１６に示す。
係るＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子について
説明する。本実施例におけるＧａＩｎＮＡｓ面発光型半
導体レーザ素子の構造を図１６に示す。
【０１２６】実施例１と違うところは、成長室内に残留
したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、
またはＡｌを除去する工程は共振器部分にＧａＰＡｓ層
を形成してその途中で成長中断し、ＤＭＨｙガスを反応
室に供給してＡｌ系残留物を除外していることである。
具体的に本実施例では下部反射鏡を形成する最も上部に
あるＡｌＧａＡｓ低屈折率層の上部に形成した。ＡｌＧ
ａＡｓ低屈折率層とＧａＰＡｓ層との間にＧａＡｓ層を
形成してその途中でＡｌ系残留物を除外しても良い。
したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、
またはＡｌを除去する工程は共振器部分にＧａＰＡｓ層
を形成してその途中で成長中断し、ＤＭＨｙガスを反応
室に供給してＡｌ系残留物を除外していることである。
具体的に本実施例では下部反射鏡を形成する最も上部に
あるＡｌＧａＡｓ低屈折率層の上部に形成した。ＡｌＧ
ａＡｓ低屈折率層とＧａＰＡｓ層との間にＧａＡｓ層を
形成してその途中でＡｌ系残留物を除外しても良い。
【０１２７】作製した面発光型半導体レーザ素子の発振
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。装置内に残留したＡｌを含
んだ化合物が、窒素を含む活性層成長時に酸素とともに
膜中に取りこまれないように、Ａｌを含んだ半導体層と
窒素を含んだ活性層との間でエッチングガスであるＤＭ
Ｈｙを供給したので、反応室内に残留したＡｌを含んだ
化合物は活性層成長前に除外され、活性層に酸素がＡｌ
とともに混入することを抑えることができた。ただしこ
の界面には成長中断による酸化膜が形成され欠陥が発生
する可能性がある。これにより非発光再結合センターが
形成される可能性がある。
波長は約１．３μｍであった。ＧａＩｎＮＡｓを活性層
に用いたのでＧａＡｓ基板上に長波長帯の面発光型半導
体レーザ素子を形成できた。装置内に残留したＡｌを含
んだ化合物が、窒素を含む活性層成長時に酸素とともに
膜中に取りこまれないように、Ａｌを含んだ半導体層と
窒素を含んだ活性層との間でエッチングガスであるＤＭ
Ｈｙを供給したので、反応室内に残留したＡｌを含んだ
化合物は活性層成長前に除外され、活性層に酸素がＡｌ
とともに混入することを抑えることができた。ただしこ
の界面には成長中断による酸化膜が形成され欠陥が発生
する可能性がある。これにより非発光再結合センターが
形成される可能性がある。
【０１２８】しかしながら本実施例では、成長中断した
界面とＧａＩｎＮＡｓ活性層の間にＧａＡｓスペーサ層
よりワイドバンドギャップであるＧａＰＡｓ層が挿入さ
れているので、確実に成長中断界面にキャリアが注入さ
れるのを抑制できるので成長中断界面の非発光再結合セ
ンターによる発光効率低下が防止できる。ＧａＰＡｓ層
はＧａＡｓ基板に対して引張り歪を有している。活性層
が本実施例のように高圧縮歪組成の場合は、引っ張り歪
組成とすると活性層の歪を補償する効果があり活性層の
格子緩和を抑制できるので好ましい。なお本実施例で
は、ＧａＰＡｓ層としたが、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰＡ
ｓ層でも良い。これにより発光効率が高く低しきい値で
発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を量
産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。
界面とＧａＩｎＮＡｓ活性層の間にＧａＡｓスペーサ層
よりワイドバンドギャップであるＧａＰＡｓ層が挿入さ
れているので、確実に成長中断界面にキャリアが注入さ
れるのを抑制できるので成長中断界面の非発光再結合セ
ンターによる発光効率低下が防止できる。ＧａＰＡｓ層
はＧａＡｓ基板に対して引張り歪を有している。活性層
が本実施例のように高圧縮歪組成の場合は、引っ張り歪
組成とすると活性層の歪を補償する効果があり活性層の
格子緩和を抑制できるので好ましい。なお本実施例で
は、ＧａＰＡｓ層としたが、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰＡ
ｓ層でも良い。これにより発光効率が高く低しきい値で
発振するＧａＩｎＮＡｓ面発光型半導体レーザ素子を量
産に有利なＭＯＣＶＤ法で製造できた。
【０１２９】本発明に係る面発光型半導体レーザ素子を
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
calArea 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。
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
calArea 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。
【０１３０】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に変えると、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
子間等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジ
ュールを用いて接続すると、超高速コンピュータシステ
ムが可能となる。
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に変えると、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
子間等を本発明に係る光送信モジュールや光送受信モジ
ュールを用いて接続すると、超高速コンピュータシステ
ムが可能となる。
【０１３１】また、複数のコンピュータシステム等を本
発明に係る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構築
できる。特に面発光型半導体レーザ素子は端面発光型レ
ーザに比べて桁違いに低消費電力化でき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。
発明に係る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構築
できる。特に面発光型半導体レーザ素子は端面発光型レ
ーザに比べて桁違いに低消費電力化でき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。
【０１３２】以上説明したように、窒素を含んだ半導体
層であるＧａＩｎＮＡｓ系材料によるとＧａＡｓ基板を
用いた０．８５μｍ帯面発光型半導体レーザ素子などで
実績のあるＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ系半導
体多層膜分布ブラッグ反射鏡や、ＡｌＡｓの選択酸化に
よる電流狭さく構造が適用でき、本発明による製造方法
で面発光型半導体レーザ素子を製造することにより、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ活性層の結晶品質の向上や、多層膜反射鏡
の低抵抗化、面発光型半導体レーザ素子としての多層膜
構造体の結晶品質や制御性の向上ができるので、実用レ
ベルの高性能の１．３μｍ帯等の長波長帯面発光型半導
体レーザ素子を実現でき、さらにこれらの素子を用いる
と、冷却素子不要で低コストの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。
層であるＧａＩｎＮＡｓ系材料によるとＧａＡｓ基板を
用いた０．８５μｍ帯面発光型半導体レーザ素子などで
実績のあるＡｌ（Ｇａ）Ａｓ／（Ａｌ）ＧａＡｓ系半導
体多層膜分布ブラッグ反射鏡や、ＡｌＡｓの選択酸化に
よる電流狭さく構造が適用でき、本発明による製造方法
で面発光型半導体レーザ素子を製造することにより、Ｇ
ａＩｎＮＡｓ活性層の結晶品質の向上や、多層膜反射鏡
の低抵抗化、面発光型半導体レーザ素子としての多層膜
構造体の結晶品質や制御性の向上ができるので、実用レ
ベルの高性能の１．３μｍ帯等の長波長帯面発光型半導
体レーザ素子を実現でき、さらにこれらの素子を用いる
と、冷却素子不要で低コストの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。
【０１３３】
【発明の効果】本発明によれば、高品質で実用レベルの
ＧａＩｎＮＡｓ等窒素を含んだ活性層を用いた半導体発
光素子の製造方法（請求項１から３）、ならびにこれら
を用いて形成した半導体発光素子（請求項４から８）、
面発光半導体レーザ素子（請求項９、１０）、該面発光
半導体レーザ素子を用いた光送信モジュール（請求項１
１）、光送受信モジュール（請求項１２）、光通信シス
テム（請求項１３）を実現できる。
ＧａＩｎＮＡｓ等窒素を含んだ活性層を用いた半導体発
光素子の製造方法（請求項１から３）、ならびにこれら
を用いて形成した半導体発光素子（請求項４から８）、
面発光半導体レーザ素子（請求項９、１０）、該面発光
半導体レーザ素子を用いた光送信モジュール（請求項１
１）、光送受信モジュール（請求項１２）、光通信シス
テム（請求項１３）を実現できる。
【０１３４】さらに詳しくは、
（１）請求項１記載の半導体発光素子の製造方法によれ
ば、Ａｌを含んだ半導体層成長後、窒素を含んだ活性層
成長の前までに、反応室側壁、加熱体、基板を保持する
治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応し除去するこ
とのできるガスを反応室に供給したので、活性層への酸
素の取り込みを抑えることができ、発光効率が高い半導
体発光素子を形成できた。
ば、Ａｌを含んだ半導体層成長後、窒素を含んだ活性層
成長の前までに、反応室側壁、加熱体、基板を保持する
治具等に残留しているＡｌ系残留物と反応し除去するこ
とのできるガスを反応室に供給したので、活性層への酸
素の取り込みを抑えることができ、発光効率が高い半導
体発光素子を形成できた。
【０１３５】（２）請求項２記載の半導体発光素子の製
造方法によれば、Ａｌを含んだ半導体層成長後、窒素を
含んだ活性層成長の前までに、エッチングガスとしてＤ
ＭＨｙ等有機系窒素化合物原料シリンダーを用いてを成
長室内に供給したので、成長室内に残留したＡｌ原料、
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌと反
応するので、反応室側壁、加熱体、基板を保持する治具
等に残留しているＡｌ系残留物と反応し除去することが
でき、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ
た。これにより発光効率が高い半導体発光素子を形成で
きた。
造方法によれば、Ａｌを含んだ半導体層成長後、窒素を
含んだ活性層成長の前までに、エッチングガスとしてＤ
ＭＨｙ等有機系窒素化合物原料シリンダーを用いてを成
長室内に供給したので、成長室内に残留したＡｌ原料、
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌと反
応するので、反応室側壁、加熱体、基板を保持する治具
等に残留しているＡｌ系残留物と反応し除去することが
でき、活性層への酸素の取り込みを抑えることができ
た。これにより発光効率が高い半導体発光素子を形成で
きた。
【０１３６】（３）請求項３記載の半導体発光素子の製
造方法によれば、Ａｌを含んだ半導体層成長後、窒素を
含んだ活性層成長の前までに、エッチングガスとして酸
素（Ｏ）を含んだガスを成長室内に供給したので、成長
室内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡ
ｌ化合物、またはＡｌと反応するので、反応室側壁、加
熱体、基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留
物と反応し除去することができ、活性層への酸素の取り
込みを抑えることができた。これにより発光効率が高い
半導体発光素子を形成できた。
造方法によれば、Ａｌを含んだ半導体層成長後、窒素を
含んだ活性層成長の前までに、エッチングガスとして酸
素（Ｏ）を含んだガスを成長室内に供給したので、成長
室内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応物、またはＡ
ｌ化合物、またはＡｌと反応するので、反応室側壁、加
熱体、基板を保持する治具等に残留しているＡｌ系残留
物と反応し除去することができ、活性層への酸素の取り
込みを抑えることができた。これにより発光効率が高い
半導体発光素子を形成できた。
【０１３７】（４）請求項４記載の半導体発光素子によ
れば、成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応
物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチングガスで
除去する工程を行う半導体領域と窒素を含む活性層との
間にＧａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦
１）層を形成したので、エッチングガスで除去する工程
中に発生したダメージや、酸素の取りこまれが発生し非
発光再結合中心が形成された半導体領域のバンドギャッ
プより大きいバンドギャップを有する半導体層が活性層
との間にあるので、非発光再結合中心が形成された半導
体領域への注入キャリアを低減でき、発光効率低下を抑
制できるので発光効率を高くできた。半導体レーザの場
合しきい値電流を充分低いものとすることができた。
れば、成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応
物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチングガスで
除去する工程を行う半導体領域と窒素を含む活性層との
間にＧａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦１，０＜ｙ≦
１）層を形成したので、エッチングガスで除去する工程
中に発生したダメージや、酸素の取りこまれが発生し非
発光再結合中心が形成された半導体領域のバンドギャッ
プより大きいバンドギャップを有する半導体層が活性層
との間にあるので、非発光再結合中心が形成された半導
体領域への注入キャリアを低減でき、発光効率低下を抑
制できるので発光効率を高くできた。半導体レーザの場
合しきい値電流を充分低いものとすることができた。
【０１３８】（５）請求項５記載の半導体発光素子によ
れば、成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応
物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除去できるので、
活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効
率を高くできる。半導体レーザの場合しきい値電流を充
分低いものとすることができる。
れば、成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ反応
物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除去できるので、
活性層への酸素の取り込みを抑えることができ、発光効
率を高くできる。半導体レーザの場合しきい値電流を充
分低いものとすることができる。
【０１３９】（６）請求項６記載の半導体発光素子によ
れば、窒素を含む半導体層へのキャリア注入を抑制で
き、発光効率低下を抑制できるので発光効率を高くでき
る。また半導体レーザの場合しきい値電流を充分低いも
のとすることができる。
れば、窒素を含む半導体層へのキャリア注入を抑制で
き、発光効率低下を抑制できるので発光効率を高くでき
る。また半導体レーザの場合しきい値電流を充分低いも
のとすることができる。
【０１４０】（７）請求項７記載の半導体発光素子によ
れば、Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間に
ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層が形成されてい
る。つまり、成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ
反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチングガ
スで除去する工程を、窒素の原料としてＤＭＨｙ等有機
系窒素化合物ガスを供給してＧａＮＡｓ層またはＧａＩ
ｎＮＡｓ層を結晶成長しながら行っている。
れば、Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間に
ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層が形成されてい
る。つまり、成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡｌ
反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチングガ
スで除去する工程を、窒素の原料としてＤＭＨｙ等有機
系窒素化合物ガスを供給してＧａＮＡｓ層またはＧａＩ
ｎＮＡｓ層を結晶成長しながら行っている。
【０１４１】ＧａＡｓ層またはＧａＩｎＡｓ層成長途中
に有機系窒素化合物ガスを供給すると、Ａｌと酸素を取
りこむ形でＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層が成長
される。これにより成長室内に残留したＡｌ原料、また
はＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除去で
きるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることがで
き、発光効率を高くできた。半導体レーザの場合しきい
値電流を充分低いものとすることができた。
に有機系窒素化合物ガスを供給すると、Ａｌと酸素を取
りこむ形でＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層が成長
される。これにより成長室内に残留したＡｌ原料、また
はＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除去で
きるので、活性層への酸素の取り込みを抑えることがで
き、発光効率を高くできた。半導体レーザの場合しきい
値電流を充分低いものとすることができた。
【０１４２】（８）請求項８記載の半導体発光素子によ
れば、発光素子動作時発光効率を落としてしまう非発光
再結合中心となる酸素が膜中に取りこまれたＧａＮＡｓ
層またはＧａＩｎＮＡｓ層と窒素を含む活性層との間に
ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層よりバンドギャッ
プエネルギーの高いＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓ
Ｐ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰ層のいずれかを形成し
たので、ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層へのキャ
リア注入を抑制でき、発光効率低下を抑制できるので発
光効率を高くできた。半導体レーザの場合しきい値電流
を充分低いものとすることができた。
れば、発光素子動作時発光効率を落としてしまう非発光
再結合中心となる酸素が膜中に取りこまれたＧａＮＡｓ
層またはＧａＩｎＮＡｓ層と窒素を含む活性層との間に
ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層よりバンドギャッ
プエネルギーの高いＧａＡｓ，ＧａＩｎＡｓ，ＧａＡｓ
Ｐ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰ層のいずれかを形成し
たので、ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層へのキャ
リア注入を抑制でき、発光効率低下を抑制できるので発
光効率を高くできた。半導体レーザの場合しきい値電流
を充分低いものとすることができた。
【０１４３】（９）請求項９記載の半導体発光素子によ
れば、Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間に
ＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層が形成されて
いる。つまり、成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡ
ｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチング
ガスで除去する工程を、窒素の原料としてＤＭＨｙ等有
機系窒素化合物ガスを供給してＧａＩｎＮＰ層またはＧ
ａＩｎＮＰＡｓ層を結晶成長しながら行っている。Ｇａ
ＩｎＰ層またはＧａＩｎＰＡｓ層成長途中に有機系窒素
化合物ガスを供給すると、Ａｌと酸素を取りこむ形でＧ
ａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層が成長される。
れば、Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間に
ＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層が形成されて
いる。つまり、成長室内に残留したＡｌ原料、またはＡ
ｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチング
ガスで除去する工程を、窒素の原料としてＤＭＨｙ等有
機系窒素化合物ガスを供給してＧａＩｎＮＰ層またはＧ
ａＩｎＮＰＡｓ層を結晶成長しながら行っている。Ｇａ
ＩｎＰ層またはＧａＩｎＰＡｓ層成長途中に有機系窒素
化合物ガスを供給すると、Ａｌと酸素を取りこむ形でＧ
ａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層が成長される。
【０１４４】これにより成長室内に残留したＡｌ原料、
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除
去できるので、活性層への酸素の取り込みを抑えること
ができ、発光効率を高くできた。半導体レーザの場合し
きい値電流を充分低いものとすることができた。
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌを除
去できるので、活性層への酸素の取り込みを抑えること
ができ、発光効率を高くできた。半導体レーザの場合し
きい値電流を充分低いものとすることができた。
【０１４５】（１０）請求項１０記載の半導体発光素子
によれば、発光素子動作時発光効率を落としてしまう非
発光再結合中心となる酸素が膜中に取りこまれたＧａＩ
ｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層と窒素を含む活性層
との間にＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層より
バンドギャップエネルギーが高くＡｌと窒素を含まない
ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰ層のいずれか
を形成したので、ＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡ
ｓ層へのキャリア注入を抑制でき、発光効率低下を抑制
できるので発光効率を高くできた。半導体レーザの場合
しきい値電流を充分低いものとすることができた。
によれば、発光素子動作時発光効率を落としてしまう非
発光再結合中心となる酸素が膜中に取りこまれたＧａＩ
ｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層と窒素を含む活性層
との間にＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層より
バンドギャップエネルギーが高くＡｌと窒素を含まない
ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰ層のいずれか
を形成したので、ＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡ
ｓ層へのキャリア注入を抑制でき、発光効率低下を抑制
できるので発光効率を高くできた。半導体レーザの場合
しきい値電流を充分低いものとすることができた。
【０１４６】（１１）請求項１１記載の面発光型半導体
レーザ素子によれば、請求項１から３のいずれかに記載
の半導体発光素子の製造方法、または請求項４から１０
のいずれかに記載の構成を用いているので、低抵抗で駆
動電圧が低く、発光効率が高く低しきい値電流動作し、
温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を容易に低コ
ストで実現できる。
レーザ素子によれば、請求項１から３のいずれかに記載
の半導体発光素子の製造方法、または請求項４から１０
のいずれかに記載の構成を用いているので、低抵抗で駆
動電圧が低く、発光効率が高く低しきい値電流動作し、
温度特性が良い面発光型半導体レーザ素子を容易に低コ
ストで実現できる。
【０１４７】（１２）請求項１２記載の面発光型半導体
レーザ素子によれば、成長室内に残留したＡｌ原料、ま
たはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッ
チングガスで除去する工程を行った後、活性層を成長す
る前にＧａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ≦
１）層を成長したことにより、エッチングガスで除去す
る工程中に発生したダメージや、酸素の取りこまれが発
生し非発光再結合中心が形成された半導体領域への注入
キャリアを低減でき、発光効率低下を抑制できるので発
光効率が高くしきい値電流の小さい特性が得られた。
レーザ素子によれば、成長室内に残留したＡｌ原料、ま
たはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッ
チングガスで除去する工程を行った後、活性層を成長す
る前にＧａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ＜１，０＜ｙ≦
１）層を成長したことにより、エッチングガスで除去す
る工程中に発生したダメージや、酸素の取りこまれが発
生し非発光再結合中心が形成された半導体領域への注入
キャリアを低減でき、発光効率低下を抑制できるので発
光効率が高くしきい値電流の小さい特性が得られた。
【０１４８】（１３）請求項１３記載の面発光型半導体
レーザ素子によれば、非発光再結合中心が形成された半
導体領域への注入キャリアを低減でき、発光効率低下を
抑制できるので発光効率を高くできる。半導体レーザの
場合しきい値電流を充分低いものとすることができる。
レーザ素子によれば、非発光再結合中心が形成された半
導体領域への注入キャリアを低減でき、発光効率低下を
抑制できるので発光効率を高くできる。半導体レーザの
場合しきい値電流を充分低いものとすることができる。
【０１４９】（１４）請求項１４記載の光送信モジュー
ルは、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型半
導体レーザ素子を光源として用いたものであり、冷却素
子が不要な低コストな光送信モジュールを実現すること
ができる。
ルは、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型半
導体レーザ素子を光源として用いたものであり、冷却素
子が不要な低コストな光送信モジュールを実現すること
ができる。
【０１５０】（１５）請求項１５記載の光送受信モジュ
ールは、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型
半導体レーザ素子を光源として用いたものであり、冷却
素子が不要な低コストな光送受信モジュールを実現する
ことができる。
ールは、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型
半導体レーザ素子を光源として用いたものであり、冷却
素子が不要な低コストな光送受信モジュールを実現する
ことができる。
【０１５１】（１６）請求項１６記載の光通信システム
は、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型半導
体レーザ素子を光源として用いたものであり、冷却素子
不要な低コストな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。
は、請求項１１〜１３のいずれかに記載の面発光型半導
体レーザ素子を光源として用いたものであり、冷却素子
不要な低コストな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１】一般的なＭＯＣＶＤ装置の概略を示す図であ
る。
る。
【図２】ＭＯＣＶＤ装置で作製した窒素を含んだ半導体
層であるGaInNAs量子井戸層とGaAsバリア層とからなるG
aInNAs/GaAs ２重量子井戸構造からなる活性層からの室
温フォトルミネッセンススペクトルを示す図である。
層であるGaInNAs量子井戸層とGaAsバリア層とからなるG
aInNAs/GaAs ２重量子井戸構造からなる活性層からの室
温フォトルミネッセンススペクトルを示す図である。
【図３】半導体発光素子の試料構造を示す図である。
【図４】図３に示した半導体発光素子の１例として、ク
ラッド層をAlGaAsとし、中間層をGaAsとし、活性層をGa
InNAs/GaAs２重量子井戸構造として構成した素子を1台
のエピタキシャル成長装置（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成
したときの、窒素と酸素濃度の深さ方向分布を示した図
である。
ラッド層をAlGaAsとし、中間層をGaAsとし、活性層をGa
InNAs/GaAs２重量子井戸構造として構成した素子を1台
のエピタキシャル成長装置（ＭＯＣＶＤ）を用いて形成
したときの、窒素と酸素濃度の深さ方向分布を示した図
である。
【図５】図４の測定条件を示す図である。
【図６】図４と同じ試料のAl濃度の深さ方向分布を示し
た図である。
た図である。
【図７】図６の測定条件を示す図である。
【図８】AlGaAsをクラッド層（Alを含む層）とし、GaIn
NAs２重量子井戸構造（窒素を含む層）を活性層とした
ブロードストライプレーザを試作して閾電流密度を評価
した結果を示す図である。
NAs２重量子井戸構造（窒素を含む層）を活性層とした
ブロードストライプレーザを試作して閾電流密度を評価
した結果を示す図である。
【図９】第１および２の実施例におけるＧａＩｎＮＡｓ
面発光型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
面発光型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【図１０】第３の実施例におけるＧａＩｎＮＡｓ面発光
型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【図１１】第４の実施例におけるＧａＩｎＮＡｓ面発光
型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【図１２】第５の実施例におけるＧａＩｎＮＡｓ面発光
型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
型半導体レーザ素子の構造を示す図である。
【図１３】本発明の第６の実施例を示す図である。
【図１４】本発明の第７の実施例を示す図である。
【図１５】発明者が実験的に求めたしきい値電流密度の
窒素組成依存性を示す図である。
窒素組成依存性を示す図である。
【図１６】本発明の第８の実施例を示す図である。
Ａ：原料ガス供給部、Ａ１：III族ガスライン、Ａ２：V
族ガスライン、Ｂ：加熱体、Ｃ：排気部、１１：基板出
し入れ口、１２：成長室（反応室）、１３：水素精製
器、１４：バブラー、１５：ＡｓＨ３ガスシリンダー、
１５’：ドーパントガスシリンダー、１６：バルブ、１
０１：GaAs基板、１０２：下部クラッド層、１０３：中
間層１０３、１０４：活性層、１０５：上部クラッド
層、ａ１，ｂ１：メインライン、ａ２，ｂ２：ベントラ
イン、ダミーライン＃１〜＃４：ダミーライン、２０
１：ｎ−ＧａＡｓ基板、２０２：ｎ−半導体分布ブラッ
グ反射鏡（下部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に下部反
射鏡ともいう）、２０３：下部ＧａＡｓスペーサ層、２
０４：多重量子井戸活性層、２０５：上部ＧａＡｓスペ
ーサ層、２０６：ｐ−半導体分布ブラッグ反射鏡（上部
半導体分布ブラッグ反射鏡：単に上部反射鏡ともい
う）、２０７：コンタクト層、２０８：ｐ−ＡｌＡｓ被
選択酸化層、２０９：ＡｌｘＯｙ電流狭さく部、２１
０：ポリイミド、２１１：ｐ側電極、２１２：ｎ側電
極、２１３：ＧａＩｎＮＡｓ層、２１４：ＧａＩｎＮＰ
層、３０１，３０５：半導体レーザ素子、３０２，３０
７：光ファイバー、３０６：受信用フォトダイオード。
族ガスライン、Ｂ：加熱体、Ｃ：排気部、１１：基板出
し入れ口、１２：成長室（反応室）、１３：水素精製
器、１４：バブラー、１５：ＡｓＨ３ガスシリンダー、
１５’：ドーパントガスシリンダー、１６：バルブ、１
０１：GaAs基板、１０２：下部クラッド層、１０３：中
間層１０３、１０４：活性層、１０５：上部クラッド
層、ａ１，ｂ１：メインライン、ａ２，ｂ２：ベントラ
イン、ダミーライン＃１〜＃４：ダミーライン、２０
１：ｎ−ＧａＡｓ基板、２０２：ｎ−半導体分布ブラッ
グ反射鏡（下部半導体分布ブラッグ反射鏡：単に下部反
射鏡ともいう）、２０３：下部ＧａＡｓスペーサ層、２
０４：多重量子井戸活性層、２０５：上部ＧａＡｓスペ
ーサ層、２０６：ｐ−半導体分布ブラッグ反射鏡（上部
半導体分布ブラッグ反射鏡：単に上部反射鏡ともい
う）、２０７：コンタクト層、２０８：ｐ−ＡｌＡｓ被
選択酸化層、２０９：ＡｌｘＯｙ電流狭さく部、２１
０：ポリイミド、２１１：ｐ側電極、２１２：ｎ側電
極、２１３：ＧａＩｎＮＡｓ層、２１４：ＧａＩｎＮＰ
層、３０１，３０５：半導体レーザ素子、３０２，３０
７：光ファイバー、３０６：受信用フォトダイオード。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 伊藤 彰浩
東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式
会社リコー内
(72)発明者 上西 盛聖
東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式
会社リコー内
Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB17 AB18 AC00 AC01
AC08 AC11 AF04 BB14 BB16
CA12 EB06 EB11
5F073 AA74 AB17 AB28 BA02 BA09
CA17 CB07 DA05 DA24
Claims (16)
- 【請求項１】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
含む半導体層を設けた半導体発光素子の製造方法におい
て、 上記Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層はそれぞれ
有機金属Ａｌ原料と窒素化合物原料を用いて成長される
とともに、Ａｌを含む半導体層成長後と窒素を含む活性
層の成長開始との間に、成長室内に残留したＡｌ原料、
またはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエ
ッチングガスで除去する工程を設けたことを特徴とする
半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項２】 上記成長室内に残留したＡｌ原料、また
はＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチ
ングガスで除去する工程は、有機系窒素化合物ガスを成
長室内に供給する工程であることを特徴とする請求項１
記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項３】 上記成長室内に残留したＡｌ原料、また
はＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチ
ングガスで除去する工程は、酸素（Ｏ）を含んだガスを
成長室内に供給する工程であることを特徴とする請求項
１記載の半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項４】 上記成長室内に残留したＡｌ原料、また
はＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッチ
ングガスで除去する工程を行った半導体領域と窒素を含
む活性層との間にＧａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦
１，０＜ｙ≦１）層が形成されていることを特徴とする
請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法を用いて
形成した半導体発光素子。 - 【請求項５】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
含む半導体層を設けた半導体発光素子において、Ａｌを
含む半導体層と窒素を含む活性層との間に、活性層に直
接接しない窒素を含む半導体層が形成されていることを
特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項６】 請求項５記載の半導体発光素子におい
て、窒素を含む半導体層と窒素を含む活性層との間に窒
素を含む半導体層よりバンドギャップエネルギーが大き
い半導体層が形成されていることを特徴とする半導体発
光素子。 - 【請求項７】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
含む半導体層を設けた半導体発光素子において、 Ａｌを含む半導体層と窒素を含む活性層との間にＧａＮ
Ａｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層が形成されていることを
特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項８】 請求項７記載の半導体発光素子におい
て、ＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層と窒素を含む
活性層との間にＧａＮＡｓ層またはＧａＩｎＮＡｓ層よ
りバンドギャップエネルギーが大きいＧａＡｓ，ＧａＩ
ｎＡｓ，ＧａＡｓＰ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰ層の
いずれか一つが形成されていることを特徴とする半導体
発光素子。 - 【請求項９】 基板と窒素を含む活性層との間にＡｌを
含む半導体層を設けた半導体発光素子において、Ａｌを
含む半導体層と窒素を含む活性層との間にＧａＩｎＮＰ
層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層が形成されていることを特
徴とする半導体発光素子。 - 【請求項１０】 請求項９記載の半導体発光素子におい
て、ＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰＡｓ層と窒素を
含む活性層との間にＧａＩｎＮＰ層またはＧａＩｎＮＰ
Ａｓ層よりバンドギャップエネルギーの大きいＧａＡｓ
Ｐ，ＧａＩｎＰＡｓ，ＧａＩｎＰ層のいずれか一つが形
成されていることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項１１】 請求項１から３のいずれかに記載の半
導体発光素子の製造方法、または請求項４から１０のい
ずれかに記載の構成を用いて形成されたことを特徴とす
る面発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項１２】 上記成長室内に残留したＡｌ原料、ま
たはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッ
チングガスで除去する工程を行う半導体領域と窒素を含
む活性層との間にＧａｘＩｎ1-ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦
１，０＜ｙ≦１）層が設けられ、上記エッチングガスで
除去する工程を行う領域は半導体分布ブラッグ反射鏡部
分としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに
記載の半導体発光素子の製造方法を用いて形成されたこ
とを特徴とする面発光型半導体レーザ素子。 - 【請求項１３】 上記成長室内に残留したＡｌ原料、ま
たはＡｌ反応物、またはＡｌ化合物、またはＡｌをエッ
チングガスで除去する工程を行う半導体領域と窒素を含
む活性層との間にＧａｘＩｎ１−ｘＰｙＡｓ（０＜ｘ≦
１，０＜ｙ≦１）層が設けられ、上記エッチングガスで
除去する工程を行う領域は共振器部分としたことを特徴
とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体発光素
子の製造方法を用いて形成されたことを特徴とする面発
光型半導体レーザ素子。 - 【請求項１４】 請求項１１から１３のいずれかに記載
の面発光型半導体レーザ素子を光源として用いたことを
特徴とする光送信モジュール。 - 【請求項１５】 請求項１１から１３のいずれかに記載
の面発光型半導体レーザ素子を光源として用いたことを
特徴とする光送受信モジュール。 - 【請求項１６】 請求項１１から１３のいずれかに記載
の面発光型半導体レーザ素子を光源として用いたことを
特徴とする光通信システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002274396A JP4281987B2 (ja) | 2001-09-27 | 2002-09-20 | 半導体発光素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001297938 | 2001-09-27 | ||
| JP2001-297938 | 2001-09-27 | ||
| JP2002274396A JP4281987B2 (ja) | 2001-09-27 | 2002-09-20 | 半導体発光素子の製造方法 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008009114A Division JP5013611B2 (ja) | 2001-09-27 | 2008-01-18 | 半導体発光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003179310A true JP2003179310A (ja) | 2003-06-27 |
| JP4281987B2 JP4281987B2 (ja) | 2009-06-17 |
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ID=26623134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002274396A Expired - Fee Related JP4281987B2 (ja) | 2001-09-27 | 2002-09-20 | 半導体発光素子の製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP4281987B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100438092C (zh) * | 2003-12-24 | 2008-11-26 | 三星电子株式会社 | 氮化物发光装置及其制备方法 |
| TWI783125B (zh) * | 2018-02-28 | 2022-11-11 | 日商富士軟片股份有限公司 | 組成物、硬化物、濾色器、濾色器的製造方法、固體攝像元件、圖像顯示裝置及化合物 |
-
2002
- 2002-09-20 JP JP2002274396A patent/JP4281987B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100438092C (zh) * | 2003-12-24 | 2008-11-26 | 三星电子株式会社 | 氮化物发光装置及其制备方法 |
| TWI783125B (zh) * | 2018-02-28 | 2022-11-11 | 日商富士軟片股份有限公司 | 組成物、硬化物、濾色器、濾色器的製造方法、固體攝像元件、圖像顯示裝置及化合物 |
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