JP2006229066A - 半導体発光素子およびその製造方法、並びに光学モジュール - Google Patents

半導体発光素子およびその製造方法、並びに光学モジュール Download PDF

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Abstract

【課題】 長寿命化を図ることができる半導体発光素子およびその製造方法、並びにそれを用いた光学モジュールを提供する。
【解決手段】 Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎy Ａｓ1-y-z Ｓｂz 混晶（０≦＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０＜ｙ＋ｚ＜１）よりなる井戸層１４Ａと、ＧａＮv Ａｓ1-v 混晶（０≦ｖ＜１）よりなる障壁層１４Ｂとを積層した活性層１４を有する。活性層１４における水素の不純物濃度は３×１０19ｃｍ-3以下、アルミニウムの不純物濃度は１×１０18ｃｍ-3以下となっている。これにより動作電流の増加が抑制され、長寿命化を図ることができる。水素濃度は、活性層１４を成長させる際に窒素の原料として用いる有機窒素化合物の流量を少なくすることにより、低減することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガリウム（Ｇａ）とヒ素（Ａｓ）と窒素（Ｎ）とを少なくとも含む化合物半導体よりなる井戸層を活性層に含む半導体発光素子およびその製造方法、並びに光学モジュールに関する。
近年における情報量の大容量化、および通信速度の高速化により、光ファイバーを用いた光通信に対する要望が高まっている。それに伴い、光ファイバーの伝送損失が低い１．３μｍ帯あるいは１．５μｍ帯の光通信用発光素子に対する開発が盛んに行われている。従来、これらの発光素子は、主にＩｎＰ基板を用いたＧａＩｎＡｓＰ系材料により作製されてきた。しかし、ＩｎＰ基板を用いた場合、基板が高価であることや、温度特性が悪いので製造に際しては冷却システムが必要であり、コストが高いという問題があった。
そこで、これらに代わるものとして、ＧａＡｓ基板の上にＧａＮＡｓ系材料を用いた発光素子を作製することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようにＧａＡｓ基板を用いた場合、基板が安価であり、温度特性にも優れている（例えば、非特許文献１参照）ので冷却システムを必要とせず、コストを低くすることができる。
特開平６−３７３５５号公報 "ジャパン ジャーナル オブ アプライド フィジックス（Jpn.J.Appl.Phys.）"，２０００年，６Ａ，ｐ３９
しかしながら、ＧａＮＡｓ系材料は良好な結晶を作製することが難しく、寿命が短いという問題があった。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、長寿命化を図ることができる半導体発光素子およびその製造方法、並びにそれを用いた光学モジュールを提供することにある。
本発明による半導体発光素子は、活性層に、ガリウム（Ｇａ）とヒ素（Ａｓ）と窒素（Ｎ）とを少なくとも含む化合物半導体よりなる井戸層を有するものであって、活性層における水素（Ｈ）の不純物濃度が３×１０19ｃｍ-3以下であり、かつ、活性層におけるアルミニウム（Ａｌ）の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以下であるか、または、活性層における水素の不純物濃度が１．５×１０18ｃｍ-3以下であり、かつ、活性層におけるアルミニウムの不純物濃度が４×１０18ｃｍ-3以下のものである。
本発明による半導体発光素子の製造方法は、活性層に、ガリウムヒ素と窒素とを少なくとも含む化合物半導体よりなる井戸層を有する半導体発光素子を製造するものであって、活性層を形成する際に、窒素の原料として有機窒素化合物を用い、この有機窒素化合物の流量を１３５ｃｍ3 ／ｍｉｎ以下とすることにより、活性層における水素の不純物濃度を３×１０19ｃｍ-3以下とするものである。
本発明による光学モジュールは、半導体発光素子を備えたものであって、活性層に、ガリウムとヒ素と窒素とを少なくとも含む化合物半導体よりなる井戸層を有し、活性層における水素の不純物濃度が３×１０19ｃｍ-3以下であり、かつ、活性層におけるアルミニウム（Ａｌ）の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以下であるか、または、活性層における水素の不純物濃度が１．５×１０18ｃｍ-3以下であり、かつ、活性層におけるアルミニウムの不純物濃度が４×１０18ｃｍ-3以下のものである。
本発明による半導体発光素子および光学モジュールによれば、活性層における水素の不純物濃度を３×１０19ｃｍ-3以下、かつアルミニウムの不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3以下、または、活性層における水素の不純物濃度を１．５×１０18ｃｍ-3以下、かつアルミニウムの不純物濃度を４×１０18ｃｍ-3以下とするようにしたので、寿命を延長することができ、例えば動作電流が初期動作電流の５０％以上に増加するまでの時間を１０００時間以上とすることができる。
特に、活性層における障壁層の１層あたりの厚みを１ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲内とするようにすれば、より寿命を延長することができる。
また、本発明による半導体発光素子の製造方法によれば、活性層を形成する際に、窒素の原料として有機窒素化合物を用い、この有機窒素化合物の流量を１３５ｃｍ3 ／ｍｉｎ以下とするようにしたので、活性層における水素の不純物濃度を３×１０19ｃｍ-3以下とすることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
（半導体発光素子）
図１は本発明の一実施の形態に係る半導体発光素子である半導体レーザ１０の断面構成を表すものである。この半導体レーザ１０は、通信などに用いられる発振波長が１．１μｍ〜１．５μｍの長波長レーザであり、例えば、基板１１の表側に、第１クラッド層１２，第１ガイド層１３，活性層１４，第２ガイド層１５，第２クラッド層１６，エッチングストップ層１７，第３クラッド層１８およびコンタクト層１９が、基板１１の側から順に積層された構成を有している。エッチングストップ層１７，第３クラッド層１８およびコンタクト層１９は細い帯状の突条部（リッジ）となっており、その両側には二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）などよりなる絶縁層２０が形成されている。
基板１１は、例えば、積層方向における厚み（以下、単に厚みという）が４５０μｍ程度であり、ケイ素（Ｓｉ）またはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。第１クラッド層１２は、例えば、厚みが２μｍ程度であり、ケイ素またはセレンなどのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶により構成されている。第１ガイド層１３は、例えば、厚みが１００ｎｍ程度であり、不純物を添加していないＧａＡｓにより構成されている。
活性層１４は、例えば、井戸層１４Ａの間に障壁層１４Ｂを形成した多重量子井戸（ＭＱＷ；Multi Quantum Well）構造を有している。なお、図１には井戸層１４Ａの数が２層である２重量子井戸構造の場合を示したが、３層以上を積層するようにしてもよい。また、図示しないが、活性層１４を、井戸層１４Ａのみの単一量子井戸（ＳＱＷ；Singl Quantum Well）構造により構成するようにしてもよい。
井戸層１４Ａは発光層として機能するものであり、コンタクト層１９に対応する領域、すなわちコンタクト層１９が設けられている突条部に対応する領域が発光部となる。井戸層１４Ａは、例えば、長周期型周期表における１３族元素のガリウムと、長周期型周期表における１５族元素のヒ素および窒素とを少なくとも含む化合物半導体により構成されている。また、更に１３族元素のインジウム（Ｉｎ）を含んでいてもよく、１５族元素のアンチモン（Ｓｂ）を含んでいてもよい。すなわち、井戸層１４Ａは、例えば、Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎy Ａｓ1-y-z Ｓｂz 混晶（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０＜ｙ＋ｚ＜１）により構成されることが好ましい。井戸層１４Ａの組成は、目的とする発光波長に応じて調節される。
障壁層１４Ｂは、例えば、ＧａＡｓ、あるいは更に窒素を含む化合物半導体により構成されている。すなわち、例えば、ＧａＮv Ａｓ1-v 混晶（０≦ｖ＜１）により構成されている。
なお、本実施の形態では、活性層１４における水素の不純物濃度が３×１０19ｃｍ-3以下であり、かつ、アルミニウムの不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以下であるか、または、活性層１４における水素の不純物濃度が１．５×１０18ｃｍ-3以下であり、かつ、活性層１４におけるアルミニウムの不純物濃度が４×１０18ｃｍ-3以下となっており、これにより長寿命化を図ることができるようになっている。水素およびアルミニウムは製造工程において原料の分解などにより不純物として取り込まれやすく、これらの不純物濃度が高いと結晶性が低下して特性が低下するのみならず、寿命も短くなってしまうからである。
図２は活性層１４における水素濃度と寿命との関係を表したものであり、図３は活性層１４におけるアルミニウム濃度と寿命との関係を表したものである。これらは図１に示した構造を有する半導体発光素子をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により製造条件を変えて製造した場合の特性図である。水素濃度は、活性層１４を形成する際に窒素源である有機窒素化合物の流量を変えることにより変化させ、アルミニウム濃度は活性層１４を形成する前にアルミニウムを除去する工程を行うことにより変化させた。図２，３において●印で示したのがアルミニウムを除去する工程を行ったものであり、■印で示したのがアルミニウムを除去する工程を行わなかったものである。
なお、水素濃度およびアルミニウム濃度は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry ；二次イオン質量分析）法により測定した。また、寿命は、２５℃の環境下において光出力を１ｍＷに保ったＡＰＣ（Automatic Power Control ）信頼性試験を行い、動作電流が初期動作電流の５０％以上に増加するまでの時間を測定した。実用化する上で目安となる寿命は１０００時間程度と考えている。
図２に示したように、寿命は、●印，■印で示したものについてそれぞれ水素濃度が低くなるに従い長くなる傾向が見られるが、■印で示したものは●印で示したものに比べて水素濃度が低いにもかかわらず、寿命が短かった。また、図３に示したように、アルミニウムの除去工程を行った●印のものはアルミニウム濃度が低かったが、アルミニウムの除去工程を行っていない■印のものはアルミニウム濃度が高く、寿命が短かった。すなわち、図２と図３とを合わせて見ると、１０００時間以上の寿命を得るには、水素濃度を３×１０19ｃｍ-3以下とし、かつ、アルミニウム濃度を１×１０18ｃｍ-3以下とすればよいことが分かる。
また、■印で示したものの中にも、水素濃度が１．５×１０18ｃｍ-3以下と非常に低いものについては、１０００時間以上の寿命が得られた。すなわち、水素濃度を１．５×１０18ｃｍ-3以下と非常に低くすれば、アルミニウム濃度を１×１０18ｃｍ-3以下としなくても、４××１０18ｃｍ-3以下程度でよいことが分かる。
なお、図４に図２，３に示した半導体発光素子における活性層１４の水素濃度と発光強度との関係を示す。このように、発光強度は寿命とは異なり水素濃度を低くすると低下する傾向が見られる。すなわち、単に水素濃度を低くすれば結晶性が向上して、発光強度が高くなり、寿命も延長するというわけではなく、水素濃度およびアルミニウム濃度と寿命との間に特有の関係があることが分かる。
井戸層１４Ａの厚みは目的とする発光波長に応じて調節されるが、例えば１０ｎｍ以上とすることが好ましい。厚くすると井戸層１４Ａにおける量子閉じ込め効果が小さくなり波長が長くなるので、長波長化に必要な窒素の含有量を少なくすることができ、その結果、窒素の原料である有機窒素化合物の流量を少なくして、その分解により生じた水素が井戸層１４Ａに取り込まれる量を少なくすることができからである。
障壁層１４Ｂの１層あたりの厚みは、１ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲内とすることが好ましい。図５に障壁層１４Ｂの１層あたりの厚みと寿命との関係を示す。これは図１に示した構造を有する半導体発光素子において障壁層１４Ｂの厚みを変化させた場合の特性図である。寿命は、上述したように２５℃の環境下において光出力を１ｍＷに保ったＡＰＣ信頼性試験を行い、動作電流が初期動作電流の５０％以上に増加するまでの時間を測定した。図５に示したように、寿命は障壁層１４Ｂの厚みを厚くするに従い長くなり、極大値を示したのち短くなる傾向が見られ、１ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲内とすれば好ましいことが分かる。
第２ガイド層１５は、例えば、厚みが１００ｎｍ程度であり、不純物を添加していないＧａＡｓにより構成されている。第２クラッド層１６は、例えば、厚みが２００ｎｍ程度であり、亜鉛（Ｚｎ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶により構成されている。エッチングストップ層１７は、例えば、厚みが３０ｎｍ程度であり、亜鉛などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。第３クラッド層１８は、例えば、厚みが１．３μｍ程度であり、亜鉛などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶により構成されている。コンタクト層１９は、後述するｐ側電極とのオーミック接合をとるためのものであり、例えば、厚みが３００ｎｍ程度であり、亜鉛などのｐ型不純物を高濃度に添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。
また、この半導体レーザ１０は、基板１１の裏側に、ｎ側電極２１を有している。ｎ側電極２１は、例えば、金（Ａｕ）層、金とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金層および金層を基板１１の側から順に積層し、熱処理により合金化した構造を有しており、基板１１を介して第１クラッド層１２と電気的に接続されている。一方、コンタクト層１９の上には、ｐ側電極２２が設けられている。ｐ側電極２２は、例えば、チタン（Ｔｉ）層、白金（Ｐｔ）層および金層をコンタクト層１９の側から順に積層し、熱処理により合金化した構造を有しており、コンタクト層１９と電気的に接続されている。
なお、この半導体レーザ１０では、例えばコンタクト層１９の長さ方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、この一対の共振器端面に図示しない一対の反射鏡膜がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方の反射鏡膜の反射率は低くなるように、他方の反射鏡膜の反射率は高くなるようにそれぞれ調整されている。例えば、誘電体膜を積層した多層膜により反射鏡膜を形成するようにすれば、反射率を任意に調節することができるので好ましい。例えば、一方の共振器端面の反射率は５０％程度、他方の共振器端面の反射率は９８％程度に調節される。これにより、活性層１４において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、一方の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。
この半導体レーザ１０は、例えば、次のようにして製造することができる。
まず、例えば、上述した厚みおよび材料よりなる基板１１の表側に、例えばＭＯＣＶＤ法により、それぞれ上述した厚みおよび材料よりなる第１クラッド層１２，第１ガイド層１３，活性層１４，第２ガイド層１５，第２クラッド層１６，エッチングストップ層１７，第３クラッド層１８およびコンタクト層１９を順に積層する。その際、ガリウムの原料にはトリメチルガリウムあるいはトリエチルガリウムなどを用い、アルミニウムの原料にはトリメチルアルミニウムあるいはトリエチルアルミニウムなどを用い、インジウムの原料にはトリメチルインジウムあるいはトリエチルインジウムなどを用い、ヒ素の原料にはアルシンあるいはターシャリーブチルアルシンなどを用い、窒素の原料にはジメチルヒドラジン，モノメチルヒドラジン，あるいはターシャリーブチルヒドラジンなどを用い、アンチモンの原料にはトリメチルアンチモンあるいはジメチルターシャリーブチルアンチモンなどを用いる。
なお、活性層１４を成長させる際には、窒素の原料として上述した有機窒素化合物を用いると、原料が分解することにより発生した水素が活性層１４に取り込まれやすく、活性層１４における水素濃度が高くなってしまう。そこで、井戸層１４Ａを成長させる際には、この有機窒素化合物の流量を０ｃｍ3 ／ｍｉｎよりも多く１３５ｃｍ3 ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。これは障壁層１４Ｂについても同様であり、障壁層１４Ｂに窒素を含有させる場合には、有機窒素化合物の流量を０ｃｍ3 ／ｍｉｎよりも多く１３５ｃｍ3 ／ｍｉｎ以下とすることが好ましい。これにより、活性層１４に取り込まれる水素の量を少なくすることができるからである。これら有機窒素化合物の流量は、井戸層１４Ａおよび障壁層１４Ｂに含まれる窒素の量に応じて調節される。障壁層１４Ｂに窒素を含有させない場合には、有機窒素化合物の流量は０ｃｍ3 ／ｍｉｎである。
図６は、井戸層１４Ａを形成する際に、窒素の原料としてジメチルヒドラジンを用いた場合におけるジメチルヒドラジンの流量と井戸層１４Ａにおける水素濃度との関係を表したものである。図６に示したように、ジメチルヒドラジンの流量を１３５ｃｍ3 ／ｍｉｎ以下とすれば、井戸層１４Ａにおける水素の不純物濃度を３×１０19ｃｍ-3以下とすることができる。
また、活性層１４を形成する際の成長温度は、例えば４００℃以上７００℃以下の範囲内とすることが好ましい。成長温度が低いと良好な結晶性を得ることができず、成長温度が高いと窒素の脱離が促進され、活性層１４への窒素の取り込み効率が低下してしまうからである。但し、成長温度を高くした方が水素の取り込み量を少なくすることができるので好ましい。図７に活性層１４を成長させる際の成長温度と活性層１４における水素濃度との関係を示す。図７に示したように、成長温度を高くするに従って水素濃度が低下することが分かる。よって、活性層１４を形成する際の成長温度は、例えば５００℃以上６００℃以下の範囲内とすればより好ましい。
更に、活性層１４を成長させる前に、アルミニウムとの反応性を有するガスを流すアルミニウム除去工程を行うことが好ましい。これにより、反応室内に付着などして残存しているアルミニウムを除去することができ、活性層１４におけるアルミニウムの不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3以下とすることができるからである。これは既に図３に示し説明したとおりである。アルミニウムとの反応性を有するガスとしては、ジメチルヒドラジン，アンモニア，あるいは窒素をプラズマにより分解した窒素ラジカルなどが挙げられ、それらの２種以上を混合して用いてもよい。
このアルミニウム除去工程は、活性層１４を成長させる前にアルミニウムを含む層、例えば第１クラッド層１２を成長させる工程がある場合に、アルミニウムを含む層を成長させたのち、活性層１４を成長させる前に行うようにすればよい。例えば、第１クラッド層１２を成長させたのち第１ガイド層１３を成長させる前に行ってもよく、第１ガイド層１３を成長させる工程において同時に行ってもよく、第１ガイド層１３を成長させたのち活性層１４を成長させる前に行ってもよい。
なお、第１クラッド層１２を成長させたのち第１ガイド層１３を成長させる前、または第１ガイド層１３を成長させたのち活性層１４を成長させる前に行う場合には、アルミニウムとの反応性を有するガスを、１３族元素の原料の供給を停止した状態で、１５族元素の原料と共に供給することが好ましい。１３族元素を含む反応生成物が新たに付着することを抑制することができるからである。
このようにして各半導体層を成長させたのち、例えばエッチングにより、エッチングストップ層１７，第３クラッド層１８およびコンタクト層１９の一部を選択的に除去し、細い帯状の突条部とする。エッチングストップ層１７，第３クラッド層１８およびコンタクト層１９を細い帯状の突条部としたのち、その両側に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ；化学気相成長）法により、上述した材料よりなる絶縁層２０を形成する。
絶縁層２０を形成したのち、例えば、基板１１の裏側を研削して基板１１の厚みを１００μｍ程度とし、基板１１の裏側にｎ側電極２１を形成する。また、絶縁層２０に、例えばエッチングにより、コンタクト層１９に対応して開口を設け、コンタクト層１９および絶縁層２０の上に、ｐ側電極２２を形成する。ｎ側電極２１およびｐ側電極２２を形成したのち、基板１１を所定の大きさに整え、コンタクト層１９の長さ方向において対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、図１に示した半導体レーザ１０が形成される。
この半導体レーザ１０は、ｎ側電極２１とｐ側電極２２との間に所定の電圧が印加されると、コンタクト層１９，第３クラッド層１８およびエッチングストップ層１７により電流狭窄された電流が活性層１４に注入され、井戸層１４Ａにおいて電子−正孔再結合による発光が起こる。ここでは、活性層１４における水素およびアルミニウムの不純物濃度が所定の範囲内とされているので、動作電流の増加が抑制され、寿命が延長する。
（光学モジュール）
図７は、このような半導体レーザ１０を備えた光学モジュールの一構成例を概略的に表したものである。この光学モジュール１００は、高速光通信システムにおいて光信号と電気信号とを変換するＦＥＭ（フロントエンドモジュール）などとして用いられるものであり、基体１０１上に、送信部１１０と受信部１２０とを備えている。送信部１１０および受信部１２０には、図示しないコネクタを介してファイバ１３０，１４０がそれぞれ接続されている。
送信部１１０は、例えば、上述した半導体レーザ１０およびこの半導体レーザ１０を駆動するドライバ１１２を有している。ドライバ１１２としては、公知のドライバＩＣ（Integrated Circuit；集積回路）を用いることができる。
受信部１２０は、例えば、光電変換素子（フォトダイオード）１２１およびＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプリファイア）やＬＩＡ（リミティングインピーダンスアンプリファイア）等の増幅器１２２を備えた一般的なものである。
この光学モジュール１００では、送信部１１０において、外部から供給された電気信号Ｓ１に基づいてドライバ１１２により半導体レーザ１０が駆動され、光信号Ｐ１がファイバ１３０を介して送信される。また、受信部１２０において、ファイバ１４０を介して供給された光信号Ｐ２が光電変換素子１２１に入射して電気信号に変換され、この電気信号が増幅器１２２により増幅され、必要な変換処理が加えられて電気信号Ｓ２として外部へ出力される。ここで、光学モジュール１００は、本実施の形態による半導体レーザ１０を備えているので、長時間使用しても動作電流の増加が抑制され、長期間に渡る使用が可能となると共に、低電力化が図られる。
以上のように本実施の形態によれば、活性層１４における水素およびアルミニウムの不純物濃度を所定の範囲内とするようにしたので、動作電流の増加を抑制することができ、例えば動作電流が初期動作電流の５０％以上に増加するまでの時間を１０００時間以上と長寿命化することができる。
特に、活性層１４における障壁層１４Ｂの１層あたりの厚みを１ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲内とするようにすれば、より寿命を延長することができる。
また、活性層１４を形成する際に、窒素の原料である有機窒素化合物の流量を１３５ｃｍ3 ／ｍｉｎ以下とするようにすれば、活性層１４における水素の不純物濃度を３×１０19ｃｍ-3以下とすることができる。よって、本実施の形態に係る半導体レーザを容易に製造することができる。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、半導体レーザ１０を構成する半導体材料を具体的に挙げて説明したが、他の材料を用いてもよい。また、上記実施の形態では、ＧａＡｓよりなる基板１１を用いる場合について説明したが、ＩｎＰなどの他の材料よりなる基板を用いてもよい。
更に、上記実施の形態では、端面発光型の半導体レーザを例に挙げて説明したが、面発光型の半導体レーザについても同様に適用することができる。図８にその一構成例を示す。この半導体レーザ３０は、例えば、ｎ型ＧａＡｓよりなる基板３１の表側に、ｎ型Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ混晶層とｎ型ＧａＡｓ層とを交互に積層したｎ型多層反射膜３２、不純物を添加していないＧａＡｓよりなる第１ガイド層３３、活性層３４、不純物を添加していないＧａＡｓよりなる第２ガイド層３５、ｐ型Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ混晶層とｐ型ＧａＡｓ層とを交互に積層したｐ型多層反射膜３６、およびｐ型ＧａＡｓよりなるコンタクト層３７を順に積層し、第２ガイド層３５の中にＡｌＡｓ酸化層よりなる電流狭窄層３８を設けたものである。コンタクト層３７には、絶縁層３９に設けられた開口を介してｐ側電極４０が設けられており、基板３１の裏側にはｎ側電極４１が設けられている。活性層３４の構成は上記実施の形態で説明した活性層１４と同様である。
加えて、上記実施の形態では、ＭＯＣＶＤ法により各半導体層を形成する場合について説明したが、１５族元素の原料に気体を用いる他の方法により各半導体層を形成する場合についても、本発明を同様に適用することができる。他の方法としては、ＣＢＥ（Chemical Beam Epitaxy ；化学分子線エピタキシー）法が挙げられる。
更にまた、上記実施の形態では、光学モジュールの一構成例を挙げて説明したが、他の構成を有していてもよい。例えば、送信部１１０のみにより構成されていてもよい。
本発明の一実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。 図１に示した活性層における水素濃度と寿命との関係を表す特性図である。 図１に示した活性層におけるアルミニウム濃度と寿命との関係を表す特性図である。 図１に示した活性層における水素濃度と発光強度との関係を表す特性図である。 図１に示した障壁層の厚みと寿命との関係を表す特性図である。 図１に示した井戸層を形成する際のジメチルヒドラジンの流量と井戸層における水素濃度との関係を表す特性図である。 図１に示した活性層を形成する際の成長温度と活性層における水素濃度との関係を表す特性図である。 図１に示した半導体レーザを備えた光学モジュールの構成を模式的に表す図である。 本発明の他の半導体レーザの構成を表す断面図である。
符号の説明
１０，３０…半導体レーザ、１１，３１…基板、１２…第１クラッド層、１３，３３…第１ガイド層、１４，３４…活性層、１４Ａ…井戸層、１４Ｂ…障壁層、１５，３５…第２ガイド層、１６…第２クラッド層、１７…エッチングストップ層、１８…第３クラッド層、１９，３７…コンタクト層、２０，３９…絶縁層、２１，４１…ｎ側電極、２２，４０…ｐ側電極、３２…ｎ型多層反射膜、３６…ｐ型多層反射膜、３８…電流狭窄層。

Claims (9)

  1. 活性層に、ガリウム（Ｇａ）とヒ素（Ａｓ）と窒素（Ｎ）とを少なくとも含む化合物半導体よりなる井戸層を有する半導体発光素子であって、
    前記活性層における水素（Ｈ）の不純物濃度が３×１０19ｃｍ-3以下であり、かつ、前記活性層におけるアルミニウム（Ａｌ）の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以下であるか、
    または、前記活性層における水素の不純物濃度が１．５×１０18ｃｍ-3以下であり、かつ、前記活性層におけるアルミニウムの不純物濃度が４×１０18ｃｍ-3以下である
    ことを特徴とする半導体発光素子。
  2. 前記活性層は、Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎy Ａｓ1-y-z Ｓｂz 混晶（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０≦ｚ＜１、０＜ｙ＋ｚ＜１）よりなる井戸層を含む単一量子井戸構造または多重量子井戸構造を有することを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
  3. 前記活性層は、井戸層と障壁層とを含む多重量子井戸構造を有し、前記障壁層の１層あたりの厚みは１ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲内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。
  4. 活性層に、ガリウム（Ｇａ）とヒ素（Ａｓ）と窒素（Ｎ）とを少なくとも含む化合物半導体よりなる井戸層を有する半導体発光素子の製造方法であって、
    前記活性層を形成する際に、窒素の原料として有機窒素化合物を用い、この有機窒素化合物の流量を１３５ｃｍ3 ／ｍｉｎ以下とすることにより、活性層における水素（Ｈ）の不純物濃度を３×１０19ｃｍ-3以下とすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
  5. 窒素の原料として、ジメチルヒドラジン，モノメチルヒドラジン，およびターシャリーブチルヒドラジンからなる群のうちの少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子の製造方法。
  6. 前記活性層を形成する前に、アルミニウムとの反応性を有するガスを流すことにより、活性層におけるアルミニウム（Ａｌ）の不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3以下とすることを特徴とする請求項４記載の半導体発光素子の製造方法。
  7. アルミニウムとの反応性を有するガスとして、ジメチルヒドラジン，アンモニア，および窒素ラジカルからなる群のうちの少なくとも１種を用いることを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
  8. アルミニウムとの反応性を有するガスは、１３族元素の原料の供給を停止した状態で、１５族元素の原料と共に供給することを特徴とする請求項６記載の半導体発光素子の製造方法。
  9. 半導体発光素子を備えた光学モジュールであって、
    前記半導体発光素子は、活性層に、ガリウム（Ｇａ）とヒ素（Ａｓ）と窒素（Ｎ）とを少なくとも含む化合物半導体よりなる井戸層を有し、
    前記活性層における水素（Ｈ）の不純物濃度が３×１０19ｃｍ-3以下であり、かつ、前記活性層におけるアルミニウム（Ａｌ）の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以下であるか、
    または、前記活性層における水素の不純物濃度が１．５×１０18ｃｍ-3以下であり、かつ、前記活性層におけるアルミニウムの不純物濃度が４×１０18ｃｍ-3以下である
    ことを特徴とする光学モジュール。
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