JP4281987B2 - Manufacturing method of semiconductor light emitting device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor light emitting device Download PDF

Info

Publication number
JP4281987B2
JP4281987B2 JP2002274396A JP2002274396A JP4281987B2 JP 4281987 B2 JP4281987 B2 JP 4281987B2 JP 2002274396 A JP2002274396 A JP 2002274396A JP 2002274396 A JP2002274396 A JP 2002274396A JP 4281987 B2 JP4281987 B2 JP 4281987B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
active layer
growth
gainnas
semiconductor laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2002274396A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003179310A (en
Inventor
俊一 佐藤
孝志 高橋
彰浩 伊藤
盛聖 上西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2002274396A priority Critical patent/JP4281987B2/en
Publication of JP2003179310A publication Critical patent/JP2003179310A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4281987B2 publication Critical patent/JP4281987B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

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。
【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(Local 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 Cavity Surface 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。
【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.1405-1406,1998.)。
【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。
【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。
【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 Deposition;有機金属化学気相成長法)やMBE法(Molecular 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。
【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.Kondow,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(1.215μm)、Sandia&Cielo(1.294μm)、東工大&リコー(1.262μm)、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GaInNAs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。
【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〜100Torr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、AsH(アルシン),TBA(ターシャルブチルアルシン)、PH(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(H)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。
【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、AsH15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。
【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。
【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GaAs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。
【0022】
図2において、AはAlGaAs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GaInP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Al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、AlGaAs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GaInNAs/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。
【0026】
一方、クラッド層をGaInPとし、中間層をGaAs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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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10Torr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。
【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。
【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GaInNAs系材料からなる活性層との間に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を含む半導体層窒素を含む活性層の間に設けた半導体層の成長途中で、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を有機系窒素化合物ガスの成長室内への供給により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。
【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。
【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/cm2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/cm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】
また、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ってもよい。
【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。
【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。
【0046】
また、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ってもよい。
【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O,HO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O,HO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、O,HO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。
【0050】
また、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、Al除去工程を行なった半導体領域よりも大きいバンドギャップを有するGaIn1- As(0<x≦1,0<y≦1)層を成長するようにしてもよい。
【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。
【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GaIn1- As(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】
また、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てもよい。
【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。
【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。
【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、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。
【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。
【0058】
また、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が大きい半導体層が形成されていてもよい。
【0059】
前記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。
【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。
【0061】
また、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GaInNAs層が形成されていてもよい。
【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GaAs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GaInNAs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GaInNAs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DMHy気相比:[DMHy]/([DMHy]+[AsH])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】
また、上記において、GaNAs層またはGaInNAs層と窒素を含む活性層との間にGaAs,GaInAs,GaAsP,GaInPAs,GaInP層のいずれかが形成されていてもよい。
【0065】
上記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、GaNAs層またはGaInNAs層成長であり、Alと酸素を膜中に取りこむ。GaNAs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GaInNAs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,GaInPAs,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】
また、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層が形成されていてもよい。
【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GaInP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]+[AsH]+[PH])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】
また、上記において、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GaInNPAs層よりバンドギャップエネルギーの大きいGaAsP,GaInPAs,GaInP層が形成されていてもよい。
【0071】
上記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、GaInNP層またはGaInNPAs層成長であり、Alと酸素を膜中に取りこむ。GaInNP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層のいずれかが形成されていると、GaInNP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】
また、面発光型半導体レーザ素子は、上記半導体発光素子の製造方法、または上記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,GaInNAs,InNAs,GaAsNSb,GaInNAsSb,GaInNPAs等が上げられる。例えばGaInNAs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、GaInNAs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、1.3μm、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。
【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GaInPAs/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。
【0078】
また、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GaIn1- As(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に記載の半導体発光素子の製造方法を用いて形成されてもよい。
【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、上記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GaIn1- As(0<x≦1,0<y≦1)層を成長した構造とすると、GaIn1- As(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】
また、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GaIn1−xAs(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に記載の半導体発光素子の製造方法を用いて形成されてもよい。
【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GaPAs、またはGaInPAs層を成長した構造とすると、GaInP、またはGaPAs、またはGaInPAs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GaInP、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】
また、光送信モジュールは、上記面発光型半導体レーザ素子を光源として用いてもよい。
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】
また、光送受信モジュールは、上記面発光型半導体レーザ素子と光ファイバーと受信用ダイオードを備え、前記面発光型半導体レーザ素子を光源とし、該面発光型半導体レーザ素子からのレーザ光を前記光ファイバーに入射するとともに、前記光ファイバーからのレーザ光を前記受信用ダイオードで受信するようにしてもよい。
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】
また、光通信システムは、上記光送信モジュールあるいは上記光送受信モジュールを用いてもよい。
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。
【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。
【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−AlGa1−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GaIn1−xAs1−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3λ/4厚さの低屈折率層(λ/4−15nmのCドープp−AlGa1−xAs(x=0.9)、C ドープp−AlAs被選択酸化層30nm、2λ/4−15nmのCドープのp−AlGa1−xAs(x=0.9))と厚さλ/4のGaAs(1 周期)、及びCドープのp−AlGa1−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。GaAs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),AsH(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H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GaInNAs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、DMHy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−AlAs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AlxOy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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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(O)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。
【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(O)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GaInNAs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GaInNAs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DMHy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。
【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GaInNAs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GaIn - As(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。
【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。
【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。
【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GaInNAs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GaIn - As(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DMHyを供給しGaInNP層を成長したので、GaInNP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。
【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GaInNAs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。
【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、GaInNAs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。
【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GaInNAs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。
【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GaInNAs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。
【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。AlGaAs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、GaInPAs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(Local 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。
【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。
【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。
【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、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。
【0135】
また、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DMHy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。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的なMOCVD装置の概略を示す図である。
【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。
【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GaInNAs/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。
【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、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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【図16】本発明の第8の実施例を示す図である。
【符号の説明】
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:AsHガスシリンダー、15’:ドーパントガスシリンダー、16:バルブ、
101: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、
201: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、204: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、210: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、302,307:光ファイバー、306:受信用フォトダイオード。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention mainly relates to a semiconductor laser technology for optical communication, and more particularly to a method of manufacturing a surface emitting semiconductor laser, a surface emitting semiconductor laser formed by using the method, an optical transmission module using the surface emitting semiconductor laser element, and an optical The present invention relates to a transmission / reception module and an optical communication system.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the amount of information handled as seen in the explosive spread of the Internet has increased dramatically, and is expected to accelerate further in the future. For this reason, optical fibers are introduced not only in trunk lines but also in subscriber lines such as homes and offices and transmission lines close to users such as LAN (Local Area Network), and between each device and in the devices. Large-capacity information transmission technology is extremely important.
[0003]
In order to increase the capacity of the optical network and optical wiring without worrying about the distance, the surface of the 1.3 .mu.m band and 1.55 .mu.m band, which has low transmission loss of silica fiber as a light source and good matching, is used. A light emitting semiconductor laser element (VCSEL: Vertical Cavity Surface Emitting Laser) is extremely promising. The surface-emitting type semiconductor laser device is 1Gbit, which is already a high-speed LAN in the 0.85 μm band that can be actually formed on a GaAs substrate. / s Ethernet (registered trademark), etc.
[0004]
In the 1.3 μm band, the material system on the InP substrate is common, and the edge-emitting laser has a track record. However, this conventional long-wavelength semiconductor laser has a major drawback that the operating current increases three times when the environmental temperature is changed from room temperature to 80 ° C. In addition, since there is no material suitable for a reflecting mirror in a surface-emitting type semiconductor laser element, it is difficult to achieve high performance, and a practical level of characteristics has not been obtained.
[0005]
For this reason, the current highest performance is obtained by the structure in which the active layer on the InP substrate and the AlGaAs / GaAs reflector on the GaAs substrate are directly bonded (V. Jayaraman, JCGeske, MHMacDougalF.H. Peters). , TDLowes, and TTChar, Electron. Lett., 34, (14), pp. 1405-1406, 1998.).
[0006]
However, this method is unavoidable in terms of mass productivity because of the inevitable increase in cost. Therefore, recently, a material system capable of forming a 1.3 μm band on a GaAs substrate has attracted attention, and (Ga) InAs quantum dots, GaAsSb and GaInNAs (for example, see JP-A-6-37355) have been studied. The new material GaInNAs is attracting attention as a material that can make the temperature dependence of laser characteristics extremely small.
[0007]
The GaInNAs semiconductor laser on the GaAs substrate has a band gap that is reduced by adding nitrogen, so that a long wavelength band such as a 1.3 μm band can be formed on the GaAs substrate. When the In composition is 10%, the nitrogen composition is about 3% and a 1.3 μm band can be formed. However, there is a problem that the threshold current density rapidly increases as the nitrogen composition increases. FIG. 15 is a graph showing the nitrogen composition dependence of the threshold current density experimentally obtained by the inventor. The horizontal axis indicates the nitrogen composition ratio (%), and the vertical axis indicates the threshold current density. Yes. The reason why the threshold current density rapidly increases as the nitrogen composition increases is that the crystallinity of the GaInNAs layer deteriorates as the nitrogen composition increases.
[0008]
For this reason, the issue is how to grow GaInNAs with high quality. As such GaInNAs crystal growth methods, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) and MBE (Molecular Beam Epitaxy) have been tried.
[0009]
The MOCVD method does not require a high vacuum like the MBE method, and the MBE method only controls the material gas flow rate while controlling the material supply by changing the cell temperature, and increases the growth rate. It is a growth method that is extremely suitable for mass production because it can easily increase the throughput. The MOCVD method is used in all production of 0.85 μm band-emitting semiconductor laser devices that are actually put into practical use (in most cases).
[0010]
Recently, many reports of semiconductor lasers using this new GaInNAs-based material have been reported. However, most of these cases were due to the MBE method. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 9-237942 proposes a surface emitting laser. Most recently, surface emitting semiconductor laser elements have been reported. First report from Hitachi (1.18μm) in 1998 (MCLarson, M. Kondow, T. Kitatani, K. Nakahara, K. Tamura, H. Inoue, and K. Uomi, IEEE Photonics Technol. Lett., 10, pp.188-190, 1998), reported in 2000 by Stanford (1.215 μm), Sandia & Cielo (1.294 μm), Tokyo Tech & Ricoh (1.262 μm), and Infineon (1.285 μm).
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, this new GaInNAs surface emitting semiconductor laser device has only one report of MOCVD method suitable for mass production, and all others have been grown by MBE method and have sufficient characteristics. It is not a thing. In particular, those grown by the MBE method have a very high resistance of the p-side multilayer reflector, so a method that does not use the p-side multilayer reflector as a current path is used, but eventually the operating voltage increases. It had problems such as. However, a new GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser element manufacturing method and manufacturing apparatus by MOCVD method that solves such problems and is suitable for mass production have not yet been established.
[0012]
  Therefore, the present invention improves the manufacturing technology of a surface emitting semiconductor laser device, and a method for manufacturing a GaInNAs surface emitting semiconductor laser device having a high quality and a practical level.TheIt is intended to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
First, the results of experiments by the inventors will be described as to the cause that hinders the high performance of GaInNAs surface emitting semiconductor laser elements by MOCVD.
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a general MOCVD apparatus. The MOCVD method is a vapor phase growth method in which crystal growth is performed by thermal decomposition of a source gas and surface reaction with a substrate to be grown using at least a part of an organic metal source.
[0014]
  As shown in the figure, the MOCVD apparatus includes a source gas supply unit A to which source gas is supplied, a heating means (not shown) for heating the growth substrate, a heating unit (heating body B), a reaction This is a configuration having an exhaust part (exhaust pump or the like) C for exhausting exhausted gas. Usually, the substrate is introduced from the substrate loading / unloading port 11 so that air does not enter the growth chamber (reaction chamber) 12 and is transferred to the growth chamber (reaction chamber) 12 after being evacuated by the exhaust part C. The source gas supply unit A is usually divided into a group III line A1 and a group V line A2. Figure1In the growth chamber (reaction chamber) 12, the Group III and Group V raw materials are joined before the entrance.
[0015]
As the pressure in the growth chamber, a reduced pressure of about 50 Torr to 100 Torr is often used. As the group III material, an organic metal such as Ga: TMG (trimethylgallium), TEG (triethylgallium), Al: TMA (trimethylaluminum), or In: TMI (trimethylindium) is used. For Group V materials, AsH3(Arsine), TBA (tertiary butyl arsine), PH3Hydride gas and organic compounds such as (phosphine) and TBP (tertiary butylphosphine) are generally used.
[0016]
Carrier gas is hydrogen gas (H2) Is usually used. Usually, impurities are removed and supplied through a hydrogen purifier. An organic compound such as DMHy (dimethylhydrazine) or MMHy (monomethylhydrazine) can be used as a raw material for nitrogen for growing a semiconductor layer containing nitrogen. The raw material is not limited to this.
[0017]
Liquid or solid raw materials such as organic metals and organic nitrogen compounds are supplied by being bubbled through a carrier gas in a bubbler. The hydride is supplied in a gas cylinder. In FIG. 1, TMG, TMA, TMI and DMHy use bubblers (liquid, solid material bubblers) and AsH315 and dopant gas 15 '(only one type is shown in FIG. 1) uses a gas cylinder.
[0018]
The path of the source gas is switched by the valve 16, and necessary materials and compositions are grown by controlling the supply amount with an MFC (mass flow controller) or the like. In general, each of group III line A1 and group V line A2 has main lines a1 and b1 for supplying gas to the reaction chamber, vent lines a2 and b2 for supplying to the exhaust pump, and a dummy line in addition to the raw material line (Refer to the dummy lines # 1 to # 4 in the figure) and the valve 16 is switched so as to merge with either the main lines a1 and b1 or the vent lines a2 and b2, respectively. By eliminating the pressure difference between a2 and b2, the gas flow is prevented from being disturbed as much as possible.
[0019]
The main lines a1, b1, vent lines a2, b2, and dummy lines # 1 to # 4 are also supplied with carrier gas. When growing a semiconductor light emitting device having a plurality of semiconductor layers, crystal growth is performed by supplying necessary raw materials for each layer to the main line side and supplying dummy lines for supplying carrier gas to the vent side. The growth thickness is controlled by the supply time of the source gas. As a result, the necessary structure can be grown, so the throughput is good and it can be said that the method is suitable for mass production.
[0020]
FIG. 2 shows a room temperature photoluminescence spectrum from an active layer having a GaInNAs / GaAs double quantum well structure composed of a GaInNAs quantum well layer and a GaAs barrier layer, which are semiconductor layers containing nitrogen produced by such an MOCVD apparatus. FIG.
[0021]
FIG. 3 is a diagram showing a sample structure. On the GaAs substrate 101, a lower cladding layer 102, an intermediate layer 103, an active layer 104 containing nitrogen, an intermediate layer 103, and an upper cladding layer 105 are sequentially stacked.
[0022]
In FIG. 2, A is a room temperature photoluminescence spectrum of a sample in which a double quantum well structure is formed on an AlGaAs cladding layer with a GaAs intermediate layer sandwiched, and B is 2 with a GaAs interlayer on a GaInP cladding layer. It is a room temperature photoluminescence spectrum of the sample which formed the quantum well structure continuously.
[0023]
As shown in FIG. 2, the photoluminescence intensity of sample A is reduced to less than half that of sample B. Therefore, if an active layer containing nitrogen such as GaInNAs is continuously formed on a semiconductor layer containing Al as a constituent element using a single MOCVD apparatus, the light emission intensity of the active layer will deteriorate. There was a problem. For this reason, the threshold current density of a GaInNAs laser formed on an AlGaAs cladding layer is several times higher than that formed on a GaInP cladding layer.
[0024]
Next, this cause will be examined.
FIG. 4 shows an example of the semiconductor light emitting device shown in FIG. 3, in which an epitaxial growth apparatus (device having a cladding layer made of AlGaAs, an intermediate layer made of GaAs, and an active layer made of a GaInNAs / GaAs double quantum well structure) It is the figure which showed the depth direction distribution of nitrogen and oxygen concentration when forming using MOCVD. The measurement was performed by SIMS (Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer (Spectrometry)).
[0025]
FIG. 5 is a diagram showing the measurement conditions. In FIG. 4, two nitrogen peaks are observed in the active layer corresponding to the GaInNAs / GaAs double quantum well structure. An oxygen peak is detected in the active layer. However, the oxygen concentration in the intermediate layer not containing N and Al is about one digit lower than the oxygen concentration in the active layer.
[0026]
On the other hand, when the depth direction distribution of oxygen concentration is measured for an element in which the cladding layer is made of GaInP, the intermediate layer is made of GaAs, and the active layer is made of a GaInNAs / GaAs double quantum well structure, the oxygen concentration in the active layer is measured. Was at the background level.
[0027]
That is, using a nitrogen compound raw material and an organometallic Al raw material, when a single crystal growth apparatus is used for continuous crystal growth of a semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer containing Al is provided between a substrate and an active layer containing nitrogen Our experiments revealed that oxygen is incorporated into the active layer containing nitrogen. Oxygen incorporated into the active layer forms a non-radiative recombination level, which reduces the luminous efficiency of the active layer.
[0028]
It has been newly found that the oxygen incorporated into the active layer is a cause of lowering the light emission efficiency in the semiconductor light emitting device in which the semiconductor layer containing Al is provided between the substrate and the active layer containing nitrogen. The origin of this oxygen is considered to be a substance containing oxygen remaining in the apparatus or a substance containing oxygen contained as impurities in the nitrogen compound raw material.
[0029]
Next, the cause of oxygen uptake will be examined.
FIG. 6 is a diagram showing the depth direction distribution of the Al concentration of the same sample as FIG. The measurement was performed by SIMS. FIG. 7 is a diagram showing the measurement conditions.
[0030]
From FIG. 6, Al is detected in the active layer which is not originally introduced with the Al raw material. However, in the intermediate layer (GaAs layer) adjacent to the Al-containing semiconductor layer (cladding layer), the Al concentration is about one order of magnitude lower than that of the active layer. This indicates that Al in the active layer is not mixed by diffusion and substitution from a semiconductor layer (cladding layer) containing Al.
On the other hand, when an active layer containing nitrogen was grown on a semiconductor layer not containing Al, such as GaInP, Al was not detected in the active layer.
[0031]
Therefore, Al detected in the active layer is bonded to impurities (moisture, etc.) in the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the apparatus. Incorporated into the active layer. That is, using a nitrogen compound raw material and an organometallic Al raw material, a single crystal growth apparatus continuously crystal-grows a semiconductor light-emitting element in which a semiconductor layer containing Al is provided between a substrate and an active layer containing nitrogen. It was newly found that Al is naturally incorporated in the active layer containing nitrogen.
[0032]
Compared with the depth distribution of nitrogen and oxygen concentration in the same element shown in FIG. 6, the two oxygen peak profiles in the double quantum well active layer do not correspond to the peak profile of nitrogen concentration. 6 corresponds to the Al concentration profile. From this, it became clear that the oxygen impurities in the GaInNAs well layer were incorporated together with Al incorporated in the well layer rather than being incorporated with the nitrogen source. .
[0033]
That is, when the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber comes into contact with the nitrogen compound raw material, the moisture contained in the Al and nitrogen compound raw material or the moisture remaining in the gas line or reaction chamber Al and oxygen are incorporated into the active layer by combining with oxygen-containing substances such as. Our experiment revealed for the first time that the oxygen incorporated into the active layer had reduced the luminous efficiency of the active layer.
[0034]
In the case of being manufactured by a normal MBE method, there has been no report on a decrease in light emission efficiency in a semiconductor light emitting element in which a semiconductor layer containing Al is provided between a substrate and an active layer containing nitrogen.
[0035]
While the MBE method grows crystals under ultra-low pressure (in a high vacuum), the MOCVD method usually has a pressure of several tens of Torr to atmospheric pressure, and the pressure in the reaction chamber is higher than the MBE method. This is presumably because the raw materials, carrier gas, etc. that are overwhelmingly short contact and react with the Al residue in the reaction chamber or the like.
[0036]
Therefore, in the case of a growth method such as the MOCVD method in which the pressure in the reaction chamber or the gas line is high, in order to improve this, at least Al remaining in the apparatus is included in the film together with oxygen during the growth of the active layer containing nitrogen. It was found that a step for removing the Al-based residue was necessary so as not to be taken in.
[0037]
In view of the above, the present invention is characterized by adopting the following configuration in order to achieve the above object. Hereinafter, each claim will be described in detail.
[0038]
(1) The method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to claim 1 includes a substrate and nitrogen.Made of GaInNAs materialIn the method of manufacturing a semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer containing Al is provided between the active layer and the semiconductor layer containing Al and the active layer containing nitrogen are grown using an organometallic Al raw material and a nitrogen compound raw material, respectively. And a semiconductor layer containing AlWhenActive layer containing nitrogenWhenBetweenDuring the growth of the provided semiconductor layerAl material remaining in the growth chamber, Al reactant, Al compound, or AlBy supplying organic nitrogen compound gas into the growth chamberIt is characterized by providing a step of removing.
[0039]
As described above, the Al-based residue causes oxygen that causes non-radiative recombination to be incorporated into the active layer containing nitrogen, so that after the growth of the semiconductor layer containing Al, the oxygen-containing residue contains nitrogen. Before the active layer is grown, the reaction chamber is supplied with a gas that can be removed by reacting with the Al-based residue remaining on the reaction chamber side wall, heating body, jig holding the substrate, etc. Incorporation of oxygen into the layer can be suppressed.
[0040]
By this method, the Al concentration in the active layer containing nitrogen is reduced to 1 × 1019cm-3By reducing to the following, continuous oscillation at room temperature became possible. Furthermore, the Al concentration in the active layer containing nitrogen is 2 × 1018cm-3By reducing to the following, light emission characteristics equivalent to those formed on a semiconductor layer not containing Al were obtained.
[0041]
FIG. 8 shows the result of evaluating the threshold current density by fabricating a broad stripe laser using AlGaAs as a cladding layer (a layer containing Al) and using a GaInNAs double quantum well structure (a layer containing nitrogen) as an active layer. . In a structure in which an active layer containing nitrogen is continuously formed on a semiconductor layer containing Al as a constituent element, 2 × 1019cm-3Above Al and 1 × 1018cm-3More oxygen is incorporated, and the threshold current density is 10 kA / cm2The value was significantly higher than 2.
[0042]
However, the Al concentration in the active layer is 1 × 1019cm-3By reducing to the following, the oxygen concentration in the active layer becomes 1 × 1018cm-3Reduced to a threshold current density of 2-3 kA / cm2The broad stripe laser oscillated. Broad stripe laser has a threshold current density of several kA / cm2Continuous oscillation at room temperature is possible with the following active layer quality. Therefore, the Al concentration in the active layer containing nitrogen is 1 × 1019cm-3By suppressing to the following, a semiconductor laser capable of continuous oscillation at room temperature can be manufactured.
[0043]
  Also,The step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas is a step of supplying an organic nitrogen compound gas into the growth chamber.It may be.
[0044]
An example of a gas that can be removed by reacting with an Al-based residue is an organic compound gas. As described above, when the DMHy gas, which is one of the organic compound gases, is supplied using the DMHy cylinder during the growth of the active layer containing nitrogen, it is apparent that it reacts with the Al residue.
[0045]
Therefore, after the growth of the semiconductor layer containing Al and before the growth of the active layer containing nitrogen, when the organic compound gas is supplied using the organic compound gas cylinder, the jig for holding the reaction chamber side wall, the heating body, and the substrate Since it can be removed by reacting with the Al-based residue remaining in, etc., oxygen uptake into the active layer can be suppressed. Furthermore, it is preferable to use the same gas as the nitrogen raw material of the active layer containing nitrogen because it is not necessary to add a gas line.
[0046]
  AlsoThe step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas is a step of supplying a gas containing oxygen (O) into the growth chamber.It may be.
[0047]
One example of a gas that can be removed by reacting with an Al-based residue is O2, H2A gas containing oxygen such as O is raised. As described above, it is known that oxygen is taken into the active layer together with Al during the growth of the active layer containing nitrogen. So O2, H2It can be seen that a gas containing oxygen such as O reacts with an Al-based residue.
[0048]
Therefore, after the growth of the semiconductor layer containing Al and before the growth of the active layer containing nitrogen, O2, H2When oxygen-containing gas such as O is supplied, it can be removed by reacting with the Al-based residue remaining on the reaction chamber side wall, heating body, jig holding the substrate, etc., so that oxygen can be taken into the active layer. Can be suppressed. Therefore, oxygen uptake into the active layer can be suppressed.
[0049]
As can be seen from the SIMS profile in FIG. 6, a large amount of Al was taken into the first layer of the active layer containing nitrogen and was hardly taken into the second layer. Al-based residues can be removed simply by supplying gas. Of course, since the gas containing excessively supplied oxygen needs to be removed before the active layer growth, it is desirable to supply an appropriate amount that does not excessively increase. On the contrary, it is difficult to exclude the gas containing oxygen.
[0050]
  Also,A semiconductor that has undergone an Al removal process between a semiconductor region that has been subjected to the process of removing Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas, and an active layer containing nitrogen. Ga with a larger band gap than the regionxIn1- xPyGrowing As (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) layerYou may do it.
[0051]
The step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas can be performed, for example, by interrupting the growth. In this case, the epi-substrate surface may be damaged by an etching gas or the like to cause a defect. If this interface is an active region into which carriers are injected, it becomes a non-radiative recombination center and the light emission efficiency is lowered when the light emitting element is operated.
[0052]
Ga with higher band gap energy than the surface material band gap energy during growth interruptionxIn1- xPyWhen the As (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) layer is grown between the active layer containing nitrogen, the number of carriers injected into the growth interruption interface for removal by the etching gas is almost eliminated, so that the luminous efficiency is lowered. Things will disappear. If this growth interruption interface is analyzed by SIMS, oxygen (O) or nitrogen (N) or aluminum (Al) will be observed. It should be noted that other materials may be used as long as they do not contain Al and nitrogen and have a band gap energy higher than that of the surface material at the time of the growth interruption.
[0053]
  Further, in a semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer containing Al is provided between a substrate and an active layer containing nitrogen, nitrogen that is not in direct contact with the active layer is interposed between the semiconductor layer containing Al and the active layer containing nitrogen. Including a semiconductor layer formedMay be.
[0054]
The step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas can be performed by crystal growth. For example, a semiconductor layer not containing nitrogen and Al is provided as an intermediate layer between the semiconductor layer containing Al and the active layer containing nitrogen, and organic nitrogen such as DMHy gas that is the etching gas at the same time as at least the Group III material in the middle When the compound gas is supplied, a semiconductor layer containing nitrogen is grown so as to take in Al and oxygen. As a result, Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber can be removed, so that oxygen incorporation into the active layer can be suppressed.
[0055]
In this case, it is necessary to set conditions so that the semiconductor layer containing nitrogen has a band gap larger than that of the active layer. In addition, it is preferable that the semiconductor layer containing nitrogen is not in direct contact with the active layer because oxygen that causes non-radiative recombination centers is incorporated.
[0056]
According to the semiconductor light emitting device of this configuration, the semiconductor layer containing nitrogen is formed between the semiconductor layer containing Al and the active layer containing nitrogen. That is, the step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas is used as a semiconductor layer containing nitrogen by supplying an organic nitrogen compound gas such as DMHy as a nitrogen raw material. Thus, a semiconductor layer containing nitrogen is grown in a form of taking in Al and oxygen.
[0057]
As a result, the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber can be removed, so that oxygen uptake into the active layer can be suppressed, and luminous efficiency can be increased. In the case of a semiconductor laser, the threshold current can be made sufficiently low.
[0058]
  In addition, a semiconductor layer having a larger band gap energy than the semiconductor layer containing nitrogen is formed between the semiconductor layer containing nitrogen and the active layer containing nitrogen.May be.
[0059]
  SaidofThus, the step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber is growth of a semiconductor layer containing nitrogen, and Al and oxygen are taken into the film. If the semiconductor layer containing nitrogen is in the active region where carriers are injected, oxygen becomes a non-radiative recombination center and the light emission efficiency is lowered when the light emitting element operates. When a semiconductor layer having a higher band gap energy and containing no Al and nitrogen than a semiconductor layer containing nitrogen is formed between the semiconductor layer containing nitrogen and the active layer containing nitrogen, carriers injected into the semiconductor layer containing nitrogen are formed. Almost disappears, so the luminous efficiency is not reduced.
[0060]
According to the semiconductor light emitting device of this configuration, between the semiconductor layer containing nitrogen and the active layer containing nitrogen in which oxygen that is a non-radiative recombination center that reduces the light emission efficiency during operation of the light emitting device is incorporated in the film. Since a semiconductor layer having a higher band gap energy than that of a semiconductor layer containing nitrogen was formed, carrier injection into the semiconductor layer containing nitrogen could be suppressed, and a decrease in light emission efficiency could be suppressed, so that the light emission efficiency could be increased. In the case of a semiconductor laser, the threshold current can be made sufficiently low.
[0061]
  Further, in a semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer containing Al is provided between a substrate and an active layer containing nitrogen, a GaNAs layer or a GaInNAs layer is formed between the semiconductor layer containing Al and the active layer containing nitrogen.May be.
[0062]
The step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas can be performed while the crystal is growing. For example, when GaAs not containing nitrogen and Al is provided as an intermediate layer between the semiconductor layer containing Al and the active layer containing nitrogen, if DMHy gas as the etching gas is supplied during the growth of the GaAs layer or GaInAs layer, Al Then, a GaNAs layer or a GaInNAs layer is grown so as to take in oxygen.
[0063]
As a result, Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber can be removed, so that oxygen incorporation into the active layer can be suppressed. In this case, it is necessary to set conditions so that the GaNAs layer or the GaInNAs layer has a band gap larger than that of the active layer. For example, DMHy gas phase ratio: [DMHy] / ([DMHy] + [AsH3]) Is reduced, the growth temperature is increased, and the In composition is increased, so that nitrogen incorporation is reduced.
[0064]
  Also, above, Any one of a GaAs, GaInAs, GaAsP, GaInPAs, and GaInP layer is formed between the GaNAs layer or GaInNAs layer and the active layer containing nitrogen.May be.
[0065]
  the aboveThe step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber as described above is growth of a GaNAs layer or a GaInNAs layer, and incorporates Al and oxygen into the film. If the GaNAs layer or the GaInNAs layer is in the active region where carriers are injected, oxygen becomes a non-radiative recombination center and the light emission efficiency is lowered during operation of the light emitting element.
[0066]
A GaAs, GaInAs, GaAsP, GaInPAs, or GaInP layer having a higher band gap energy and no Al and nitrogen than the GaNAs or GaInNAs layer is formed between the GaNAs or GaInNAs layer and the active layer containing nitrogen. Then, since almost no carriers are injected into the GaNAs layer or GaInNAs layer, the luminous efficiency is not lowered.
[0067]
  In a semiconductor light emitting device in which a semiconductor layer containing Al is provided between a substrate and an active layer containing nitrogen, a GaInNP layer or a GaInNPAs layer is formed between the semiconductor layer containing Al and the active layer containing nitrogen.May be.
[0068]
The step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas can be performed while the crystal is growing. For example, when a GaInP layer or GaInPAs layer not containing nitrogen and Al is provided as an intermediate layer between the semiconductor layer containing Al and the active layer containing nitrogen, when the DMHy gas as the etching gas is supplied during the growth of the intermediate layer, A GaInNP layer or a GaInNPAs layer is grown so as to take in Al and oxygen.
[0069]
As a result, Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber can be removed, so that oxygen incorporation into the active layer can be suppressed. In this case, it is necessary to set conditions so that the band gap is larger than the band gap of the active layer. For example, DMHy gas phase ratio: [DMHy] / ([DMHy] + [AsH3] + [PH3]) Is reduced, and the nitrogen uptake is reduced by increasing the growth temperature.
[0070]
  Also, above, A GaAsP, GaInPAs, and GaInP layer having a larger band gap energy than the GaInNP layer or GaInNPAs layer is formed between the GaInNP layer or GaInNPAs layer and the active layer containing nitrogen.May be.
[0071]
  the aboveThe step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber is growth of a GaInNP layer or a GaInNPAs layer, and Al and oxygen are taken into the film. If the GaInNP layer or the GaInNPAs layer is in the active region into which carriers are injected, oxygen becomes a non-radiative recombination center and the luminous efficiency is lowered when the light emitting element is operated.
[0072]
If any of the GaAsP, GaInPAs, and GaInP layers having a higher band gap energy and no Al and nitrogen than the GaInNP layer or GaInNPAs layer is formed between the GaInNP layer or GaInNPAs layer and the active layer containing nitrogen, the GaInNP Since almost no carriers are injected into the layer or GaInNPAs layer, the luminous efficiency is not lowered.
[0073]
  In addition, the surface emitting semiconductor laser element isManufacturing method of semiconductor light emitting device, orthe aboveIt is characterized by being formed using a configuration.
[0074]
Examples of the semiconductor layer containing nitrogen include GaNAs, GaInNAs, InNAs, GaAsNSb, GaInNAsSb, and GaInNPAs. For example, GaInNAs will be described below. By adding N to GaInAs, which has a larger lattice constant than GaAs, GaInNAs can be lattice-matched to GaAs, and its band gap can be reduced, enabling emission in the 1.3 μm and 1.55 μm bands. Become. Since it is a GaAs substrate lattice matching system, wide gap AlGaAs or GaInP can be used for the cladding layer.
[0075]
Furthermore, the addition of N reduces the band gap as described above, lowers the energy levels of both the conduction band and the valence band, and extremely increases the band discontinuity of the conduction band at the heterojunction. As a result, the temperature of the operating current of the laser The dependency can be made extremely small.
[0076]
Further, the surface-emitting type semiconductor laser device is advantageous for small size, low power consumption, and parallel transmission by two-dimensional integration. Although it is difficult to obtain performance that can be put to practical use in the conventional GaInPAs / InP system, a surface emitting semiconductor laser element is 0.85 μm band surface emitting semiconductor laser element using a GaAs substrate according to a GaInNAs material. Since the Al (Ga) As / (Al) GaAs semiconductor multilayer distributed Bragg reflector and the current narrowing structure by selective oxidation of AlAs can be applied, practical application can be expected.
[0077]
To achieve this, it is important to improve the crystal quality of the GaInNAs active layer, to reduce the resistance of the multilayer reflector, and to improve the crystal quality and controllability of the multilayer structure as a surface emitting semiconductor laser element. However, since the method for manufacturing a semiconductor light emitting device according to any one of claims 1 to 3 of the present invention or the configuration according to any one of claims 4 to 8 is used, the driving voltage is low and the driving voltage is low. A surface-emitting type semiconductor laser device with high emission efficiency and low threshold current operation and good temperature characteristics can be easily realized at low cost.
[0078]
  Also,A Ga region between a semiconductor region subjected to the step of removing Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas and an active layer containing nitrogen is formed.xIn1- xPyAn As (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) layer is provided, and a region where the step of removing with the etching gas is performed is a semiconductor distributed Bragg reflector portion.1Formed using the method for manufacturing a semiconductor light emitting device described in 1.Also good.
[0079]
  If a removal step is provided in the active region where carriers are injected, non-radiative recombination may occur due to oxidation or the like, which may reduce luminous efficiency.the aboveAfter the step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas as shown in FIG. Ga as partxIn1- xPyAssuming that an As (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) layer is grown, GaxIn1- xPySince it is possible to form an active region using a narrow gap material (for example, GaAs) in a region closer to the active layer than As (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1), there is a concern about the reduction in the luminous efficiency. No surface emitting semiconductor laser with low threshold current operation and good temperature characteristics, which can eliminate the effect on device performance due to non-radiative recombination centers in the area where Al-based residue removal process has been performed An element can be obtained.
[0080]
  Also,A Ga region between the semiconductor region and the active layer containing nitrogen that performs the step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas.xIn1-xPyThe As (0 <x ≦ 1, 0 <y ≦ 1) layer is provided, and the region where the step of removing with the etching gas is performed is a resonator portion.1Formed by using the method for manufacturing a semiconductor light emitting device described in 1.May be.
[0081]
The process of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber with an etching gas may be performed between the lower reflecting mirror containing Al and the active layer containing nitrogen. It can be inside the vessel. However, if a removal step is provided in the active region where carriers are injected, non-radiative recombination may occur due to oxidation or the like, which may reduce the light emission efficiency. However, the growth is interrupted in the resonator portion, and the Al remaining in the growth chamber remains. After the step of removing the raw material, Al reactant, Al compound, or Al with an etching gas, and before growing the active layer, GaInP, GaPAs, or a GaInPAs layer is grown. An active region can be formed using a narrow gap material (for example, GaAs) in a region closer to the active layer than the GaPAs or GaInPAs layer. No worries, eliminating the effect on device performance due to non-radiative recombination centers in the area where the Al-based residue removal process has been performed Can operate a low threshold current, it is possible to temperature characteristics get a good surface emitting semiconductor laser device.
[0082]
According to the semiconductor light emitting device of this configuration, between the Al region remaining in the growth chamber, the Al reactant, the Al compound, or the semiconductor region subjected to the step of removing Al with an etching gas and the active layer containing nitrogen Since a GaInP, GaPAs, or GaInPAs layer is formed on the semiconductor region, damage that occurs during the process of removing with an etching gas or oxygen uptake due to growth interruption occurs in a semiconductor region in which a non-radiative recombination center is formed. Since there is a semiconductor layer having a band gap larger than the band gap between the active layer and the active layer, the number of carriers injected into the semiconductor region in which the non-radiative recombination centers are formed can be reduced, and the reduction in luminous efficiency can be suppressed. did it. In the case of a semiconductor laser, the threshold current can be made sufficiently low.
[0083]
  Also,Optical transmission modulethe aboveUsing a surface emitting semiconductor laser element as a light sourceMay be.
  By using a surface emitting semiconductor laser element having a low resistance, a low driving voltage, a low threshold current operation, and good temperature characteristics, a low-cost optical transmission module that does not require a cooling element can be realized. it can.
[0084]
  Also,Optical transceiver modulethe aboveA surface emitting semiconductor laser element, an optical fiber, and a receiving diode are provided, the surface emitting semiconductor laser element is used as a light source, laser light from the surface emitting semiconductor laser element is incident on the optical fiber, and a laser beam is emitted from the optical fiber. The light is received by the receiving diode.May be.
  By using a surface emitting semiconductor laser element having a low resistance, a low driving voltage, a low threshold current operation, and good temperature characteristics, a low-cost optical transceiver module that does not require a cooling element can be realized. it can.
[0085]
  Also,The optical communication systemthe aboveOptical transmission module orthe aboveUsing optical transceiver moduleMay be.
  Low-cost optical fiber communication system, optical interconnection system, etc. that do not require a cooling element by using a surface emitting semiconductor laser element with low resistance, low drive voltage, low threshold current operation, and good temperature characteristics as described above An optical communication system can be realized.
[0086]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0087]
(First embodiment)
A GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 is a diagram showing the structure of the GaInNAs surface emitting semiconductor laser device in the first embodiment (and the second embodiment).
[0088]
As shown in FIG. 9, the surface-emitting type semiconductor laser device in this example is formed on an n-GaAs substrate 201 having a plane orientation (100) of 2 inches in size and ¼ of the oscillation wavelength in each medium. N-Al with double thicknessxGa1-xAn n-semiconductor distributed Bragg reflector (lower semiconductor distributed Bragg reflector: also simply referred to as a lower reflector) 202 having a periodic structure in which 35 cycles of As (x = 0.9) and n-GaAs are alternately stacked is formed (see FIG. The details are omitted in FIG. On top of this, undoped lower GaAs spacer layer 203, three layers of GaxIn1-xNyAs1-yA multiple quantum well active layer 204 including an (x, y) well layer and a GaAs barrier layer and an undoped upper GaAs spacer layer 205 are formed.
[0089]
A p-semiconductor distributed Bragg reflector (upper semiconductor distributed Bragg reflector: also simply referred to as an upper reflector) 206 is formed thereon. The upper reflecting mirror 206 is a 3λ / 4-thick low refractive index layer (λ / 4-15 nm C-doped p-Al layer) in which AlAs serving as a selective oxidation layer is sandwiched between AlGaAs.xGa1-xAs (x = 0.9), C-doped p-AlAs selectively oxidized layer 30 nm, 2λ / 4-15 nm C-doped p-AlxGa1-xAs (x = 0.9)) and λ / 4 thickness GaAs (1 period), and C-doped p-AlxGa1-xPeriodic structure in which As (x = 0.9) and p-GaAs are alternately stacked at a thickness that is ¼ times the oscillation wavelength in each medium. For example, it is composed of 25 periods (details omitted in the figure). ).
[0090]
The uppermost GaAs layer of the upper reflecting mirror 206 also serves as a contact layer 207 that contacts the electrode. The In composition x of the well layer in the active layer was 37%, and the nitrogen composition was 0.5%. The thickness of the well layer was 7 nm. It had about 2.5% compressive strain (high strain) with respect to the GaAs substrate 201.
[0091]
The raw materials for the GaInNAs active layer by MOCVD are TMG (trimethylgallium), TMI (trimethylindium), AsH.3(Arsine), and DMHy (dimethylhydrazine) was used as a raw material for nitrogen. Carrier gas is H2Was used. DMHy decomposes at a low temperature and is suitable for low temperature growth of 600 ° C. or less, and is a preferable raw material when growing a quantum well layer having a large strain required for low temperature growth. When the strain is large as in the active layer of the GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device of this example, low temperature growth that is non-equilibrium is preferable. In this example, the GaInNAs layer was grown at 540 ° C.
[0092]
In this example, in order to suppress oxygen uptake into the active layer and prevent the light emission efficiency from being lowered, the growth was interrupted during the growth of the lower GaAs spacer layer 203, and Al-based residues were excluded using DMHy gas. When DMHy is supplied using a DMHy cylinder, it can be removed by reaction with the Al-based residue remaining on the reaction chamber side wall, heating body, jig holding the substrate, etc., so that oxygen can be taken into the active layer. I was able to suppress it. This step may be performed after the growth of the semiconductor layer containing Al and before the growth of the active layer containing nitrogen.
[0093]
A mesa having a predetermined size was formed by exposing at least the side surface of the p-AlAs selective oxidation layer 208, and AlAs that appeared on the side surface was oxidized from the side surface with water vapor to form an AlxOy current narrowing portion 209. Then, the etched portion is buried and planarized with polyimide 210, the polyimide on the upper reflecting mirror 206 having the p contact portion and the light emitting portion is removed, and the p-side electrode 211 other than the light emitting portion on the p contact layer 207 is removed. The n-side electrode 212 was formed on the back surface.
[0094]
The oscillation wavelength of the manufactured surface emitting semiconductor laser element was about 1.3 μm. Since GaInNAs was used for the active layer, a long wavelength surface emitting semiconductor laser device could be formed on the GaAs substrate. Since the compound containing Al remaining in the apparatus was excluded by using an etching gas so that the active layer containing nitrogen was not taken into the film together with oxygen during the growth of the active layer containing nitrogen, oxygen was mixed into the active layer together with Al. Was able to be suppressed. As a result, a GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device that has high luminous efficiency and oscillates at a low threshold value can be manufactured by the MOCVD method advantageous for mass production.
[0095]
Further, the threshold current was low because the current was narrowed by selective oxidation of the selective oxidation layer mainly composed of Al and As. According to the current narrowing structure using the current narrowing layer composed of the Al oxide film that selectively oxidizes the selective oxidation layer, the current narrowing layer is formed close to the active layer, so that the current spread can be suppressed and the minute area that does not touch the atmosphere It is possible to confine carriers efficiently. Furthermore, the refractive index is reduced by oxidizing to an Al oxide film, and light can be efficiently confined in a minute region in which carriers are confined by the effect of the convex lens, which is extremely efficient and the threshold current is reduced. The In addition, the manufacturing cost can be reduced because the current narrowing structure can be easily formed.
[0096]
The MBE method is mainly used for semiconductor layers containing nitrogen and other group V such as GaInNAs. However, since the growth is in principle in a high vacuum, the amount of raw material supply cannot be increased. Increasing it has the disadvantage of placing a burden on the exhaust system. Although a high vacuum exhaust system exhaust pump is required, the throughput is poor because the exhaust system is burdened and easily broken to remove residual raw materials in the MBE chamber.
[0097]
A surface-emitting type semiconductor laser device is configured by sandwiching an active region including at least one active layer that generates laser light between semiconductor multilayer reflectors. While the thickness of the crystal growth layer of the edge-emitting laser is about 3 μm, for example, a 1.3 μm wavelength band-emitting semiconductor laser element requires a thickness exceeding 10 μm, but the MBE method requires a high vacuum. However, the growth rate is about 1 μm / h, and a growth interruption time for changing the raw material supply amount is not provided in order to grow a thickness of 10 μm. It takes at least 10 hours.
[0098]
The thickness of the active region is usually very small compared to the whole (10% or less), and most of them are layers constituting the multilayer mirror. The semiconductor multilayer mirror is formed by alternately laminating a low refractive index layer and a high refractive index layer (for example, 20 to 40) with a thickness (1/4) of the oscillation wavelength in each medium (λ / 4 thickness). Pair) is formed.
[0099]
In a surface emitting semiconductor laser device on a GaAs substrate, an AlGaAs material is used to change the Al composition to form a low refractive index layer (Al composition large) and a high refractive index layer (Al composition small). However, in actuality, the resistance increases particularly due to the hetero-barrier of each layer on the p side. Therefore, an interlayer having an Al composition between the low refractive index layer and the high refractive index layer is inserted between the multilayer reflectors. The resistance is reduced.
[0100]
As described above, the surface emitting semiconductor laser device has to grow semiconductor layers having different compositions exceeding 100 layers, and also provides an intermediate layer between the low refractive index layer and the high refractive index layer of the multilayer reflector. It is an element that needs to control the raw material supply amount instantaneously. However, in the MBE method, the supply amount is controlled by changing the temperature of the raw material cell, and the composition cannot be controlled flexibly. Therefore, it is difficult to reduce the resistance of the semiconductor multilayer mirror grown by the MBE method, and the operating voltage is high.
[0101]
On the other hand, the MOCVD method can control the composition instantly by simply controlling the flow rate of the source gas, does not require a high vacuum like the MBE method, and can increase the growth rate to 3 μm / h or more for easy throughput. The growth method is extremely suitable for mass production.
[0102]
As described above, according to the present embodiment, a 1.3 μm band surface emitting semiconductor laser device with low power consumption and low cost can be realized.
[0103]
(Second embodiment)
A GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention will be described. The difference from the first embodiment is that the growth of the GaAs lower spacer layer 203 is interrupted during the growth of the oxygen source (O) in order to remove the Al source, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber.2).
[0104]
The oscillation wavelength of the manufactured surface emitting semiconductor laser element was about 1.3 μm. Since GaInNAs was used for the active layer, a long wavelength surface emitting semiconductor laser device could be formed on the GaAs substrate.
[0105]
In order to prevent the compound containing Al remaining in the device from being taken into the film together with oxygen during the growth of the active layer containing nitrogen, the growth is interrupted between the layer containing Al and the active layer containing nitrogen. Etching gas oxygen (O2), Al was taken in along with the oxygen at the interface where the growth was interrupted, but the compound containing Al remaining in the reaction chamber was excluded before the active layer growth, and oxygen was mixed with the Al in the active layer. I was able to suppress it. As a result, a GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device that has high luminous efficiency and oscillates at a low threshold value can be manufactured by the MOCVD method advantageous for mass production.
[0106]
(Third embodiment)
A GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 is a diagram showing the structure of a GaInNAs surface emitting semiconductor laser element in the third embodiment.
[0107]
The difference from the first embodiment is that in the process of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber, DMHy is supplied during the growth of the GaAs lower spacer layer 203 to form the GaInNAs layer. It has grown. This GaInNAs layer has a condition that the band gap energy is larger than that of the GaInNAs active layer.
[0108]
The oscillation wavelength of the manufactured surface emitting semiconductor laser element was about 1.3 μm. Since GaInNAs was used for the active layer, a long wavelength surface emitting semiconductor laser device could be formed on the GaAs substrate. Since the GaInNAs layer was grown by supplying DMHy as an etching gas so that the compound containing Al remaining in the apparatus was not taken into the film together with oxygen during the growth of the active layer containing nitrogen, the removal process was performed. Al was incorporated into the GaInNAs layer together with oxygen, but the compound containing Al remaining in the reaction chamber was excluded before the growth of the active layer, and it was possible to prevent oxygen from being mixed into the active layer together with Al. The GaInNAs layer subjected to this removal step can be said to be a dummy layer of the active layer. As a result, a GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device that has high luminous efficiency and oscillates at a low threshold value can be manufactured by the MOCVD method advantageous for mass production.
[0109]
(Fourth embodiment)
A GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device according to a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a diagram showing the structure of a GaInNAs surface emitting semiconductor laser element in the fourth embodiment.
[0110]
The difference from the first embodiment is that the step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber is performed in the lower reflector region. The low refractive index layer constituting the lower reflecting mirror is almost composed of AlGaAs, but the layer closest to the active layer is Ga.xIn1 - xPyAs (x = 0.5, y = 1), the growth was interrupted in the middle of the GaAs layer, which is a high refractive index layer below, and DMHy was supplied.
[0111]
The oscillation wavelength of the manufactured surface emitting semiconductor laser element was about 1.3 μm. Since GaInNAs was used for the active layer, a long wavelength surface emitting semiconductor laser device could be formed on the GaAs substrate.
[0112]
Etching gas between the semiconductor layer containing Al and the active layer containing nitrogen so that the compound containing Al remaining in the apparatus is not taken into the film together with oxygen during the growth of the active layer containing nitrogen. Since DMHy was supplied, the compound containing Al remaining in the reaction chamber was excluded before the growth of the active layer, and it was possible to prevent oxygen from being mixed into the active layer together with Al. However, this interface may be damaged by an etching gas or the like to cause a defect. Nitrogen, oxygen, and Al may be incorporated. These may form non-radiative recombination centers.
[0113]
However, in this example, since a GaInPAs layer having a wide band gap is inserted between the interface where the growth is interrupted and the GaInNAs active layer, carriers can be suppressed from being injected into the growth interrupting interface. It is possible to prevent a decrease in light emission efficiency due to the light emission recombination center.
As a result, a GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device that has high luminous efficiency and oscillates at a low threshold value can be manufactured by the MOCVD method advantageous for mass production.
[0114]
(Fifth embodiment)
A GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device according to a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 12 is a diagram showing the structure of a GaInNAs surface emitting semiconductor laser element in the fifth embodiment.
[0115]
The difference from the fourth embodiment is that the step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber is a Ga layer constituting the low refractive index layer constituting the lower reflector.xIn1 - xPyThis is because DMHy was supplied during the growth of the GaInP layer in the As (x = 0.5, y = 1) layer to grow the GaInNP layer.
[0116]
The oscillation wavelength of the manufactured surface emitting semiconductor laser element was about 1.3 μm. Since GaInNAs was used for the active layer, a long wavelength surface emitting semiconductor laser device could be formed on the GaAs substrate. The GaInNP layer was grown by supplying DMHy as an etching gas so that the compound containing Al remaining in the apparatus was not taken into the film together with oxygen during the growth of the active layer containing nitrogen. At the same time, Al was incorporated, but the compound containing Al remaining in the reaction chamber was excluded before the growth of the active layer, and it was possible to prevent oxygen from being mixed into the active layer together with Al.
[0117]
Further, since there is a GaInP layer having a wide band gap between the GaInNP layer and the GaInNAs active layer, the GaInNP layer that incorporates oxygen serving as a non-radiative recombination center is not an active region into which carriers are injected. The decrease in luminous efficiency due to the non-radiative recombination center can be prevented.
As a result, a GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device that has high luminous efficiency and oscillates at a low threshold value can be manufactured by the MOCVD method advantageous for mass production.
Although the GaInNP layer is formed in the middle of the GaInP layer, all the low refractive index layers of the lower reflecting mirror may be used as the GaInNP layer.
[0118]
(Sixth embodiment)
FIG. 13 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention, and is a schematic diagram of an optical transmission module combining a surface-emitting type semiconductor laser device and a fiber according to the fourth embodiment. In this embodiment, laser light from a 1.3 μm band GaInNAs surface emitting semiconductor laser element 301 is input to a silica-based optical fiber 302 and transmitted.
[0119]
It is possible to increase the transmission speed by arranging a plurality of surface emitting semiconductor laser elements having different oscillation wavelengths in an array in one or two dimensions and performing wavelength multiplexing transmission. It is also possible to increase the transmission speed by arranging surface emitting semiconductor laser elements in a one-dimensional or two-dimensional array, and combining optical fiber bundles composed of a plurality of corresponding optical fibers.
[0120]
Furthermore, when the surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention is used in an optical communication system, a low-cost and highly reliable optical transmission module can be realized, and a low-cost highly reliable optical communication system using the same can be realized. In addition, since the surface emitting semiconductor laser element using GaInNAs has a good temperature characteristic and a low threshold value, a system that generates little heat and can be used without cooling to a high temperature can be realized.
[0121]
(Seventh embodiment)
FIG. 14 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention, and is a schematic diagram of an optical transceiver module that is a combination of a surface emitting semiconductor laser element, a receiving photodiode, and an optical fiber according to a fifth embodiment. .
[0122]
When the surface-emitting type semiconductor laser device according to the present invention is used in an optical communication system, the surface-emitting type semiconductor laser device is low-cost, so that a surface-emitting type semiconductor laser device for transmission (1.3 μm band) is used as shown in FIG. A low-cost and highly reliable optical communication system using an optical transmission module in which a GaInNAs surface emitting semiconductor laser element) 305, a receiving photodiode 306, and an optical fiber 307 are combined can be realized.
[0123]
Further, in the case of the surface emitting semiconductor laser device using GaInNAs according to the present invention, the temperature characteristics are good, the operating voltage is low, and the threshold value is low, so there is little heat generation and no cooling to high temperature. A lower cost system can be realized.
[0124]
Furthermore, when a fluorine-doped POF (plastic fiber) that has a low loss in a long wavelength band such as 1.3 μm and a surface emitting laser using GaInNAs as an active layer are combined, the cost of the fiber is reduced and the diameter of the fiber is reduced. Since it is large and can be easily coupled with a fiber and the mounting cost can be reduced, a very low-cost module can be realized.
[0125]
(Eighth embodiment)
A GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device according to an eighth embodiment of the present invention will be described. FIG. 16 shows the structure of the GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device in this example.
[0126]
The difference from Example 1 is that the step of removing the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber forms a GaPAs layer in the resonator portion, and the growth is interrupted in the middle. The gas is supplied to the reaction chamber to exclude Al-based residues. More specifically, in this embodiment, the lower reflecting mirror is formed on the uppermost AlGaAs low refractive index layer. A GaAs layer may be formed between the AlGaAs low refractive index layer and the GaPAs layer, and an Al-based residue may be excluded in the middle of the GaAs layer.
[0127]
The oscillation wavelength of the manufactured surface emitting semiconductor laser element was about 1.3 μm. Since GaInNAs was used for the active layer, a long wavelength surface emitting semiconductor laser device could be formed on the GaAs substrate. Etching gas between the semiconductor layer containing Al and the active layer containing nitrogen so that the compound containing Al remaining in the device is not taken into the film together with oxygen during the growth of the active layer containing nitrogen. Since DMHy was supplied, the compound containing Al remaining in the reaction chamber was excluded before the growth of the active layer, and it was possible to prevent oxygen from being mixed into the active layer together with Al. However, there is a possibility that an oxide film is formed at this interface due to the growth interruption and a defect is generated. This may form a non-radiative recombination center.
[0128]
However, in this embodiment, since a GaPAs layer having a wider band gap than the GaAs spacer layer is inserted between the interface where the growth is interrupted and the GaInNAs active layer, it is possible to reliably prevent carriers from being injected into the growth interrupting interface. Therefore, it is possible to prevent a decrease in luminous efficiency due to the non-radiative recombination center at the growth interrupting interface. The GaPAs layer has a tensile strain with respect to the GaAs substrate. In the case where the active layer has a high compressive strain composition as in this embodiment, the tensile strain composition is preferable because it has an effect of compensating the strain of the active layer and can suppress lattice relaxation of the active layer. In this embodiment, the GaPAs layer is used, but a GaInP or GaInPAs layer may be used.
As a result, a GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device that has high luminous efficiency and oscillates at a low threshold value can be manufactured by the MOCVD method advantageous for mass production.
[0129]
The optical communication system using the surface emitting semiconductor laser device according to the present invention can be used not only for long-distance communication using an optical fiber, but also for transmission between devices such as a LAN (Local Area Network) and the like, and Can be used for short-distance communication as an optical interconnection such as data transmission between boards, between LSIs in a board, between elements in an LSI, and the like.
[0130]
In recent years, the processing performance of LSIs and the like has improved, but the transmission speed of the portion connecting them will become a bottleneck in the future. When the signal connection in the system is changed from the conventional electrical connection to the optical interconnect, for example, the optical transmission module or the optical transmission / reception module according to the present invention is used between the boards of the computer system, between the LSIs in the board, between the elements in the LSI, etc. Connection, an ultra-high-speed computer system becomes possible.
[0131]
Further, when a plurality of computer systems or the like are connected using the optical transmission module or the optical transmission / reception module according to the present invention, an ultra-high speed network system can be constructed. In particular, the surface-emitting type semiconductor laser element is suitable for a parallel transmission type optical communication system because the power consumption can be reduced by orders of magnitude compared to the edge-emitting type laser and the two-dimensional array can be easily formed.
[0132]
As described above, according to the GaInNAs-based material which is a semiconductor layer containing nitrogen, the Al (Ga) As / (Al) GaAs-based material having a proven record in a 0.85 μm band-emitting semiconductor laser device using a GaAs substrate. A semiconductor multilayer distributed Bragg reflector and a current narrowing structure by selective oxidation of AlAs can be applied. By manufacturing a surface emitting semiconductor laser device by the manufacturing method according to the present invention, the crystal quality of the GaInNAs active layer can be improved, Since the film reflector has a low resistance and the crystal quality and controllability of the multilayer structure as a surface emitting semiconductor laser device can be improved, a long wavelength surface emitting type such as a 1.3 μm band with a high level of practical use Semiconductor laser elements can be realized, and when these elements are used, low-cost optical fiber communication systems and optical interconnection systems that do not require cooling elements An optical communication system such as a system can be realized.
[0133]
【The invention's effect】
  According to the present invention, a method for manufacturing a semiconductor light emitting device using an active layer containing nitrogen such as GaInNAs having a high quality and a practical level is provided.Therealizable.
[0134]
  For more details,
(1) According to the method for manufacturing a semiconductor light emitting device of the first aspect, the growth of the semiconductor layer containing AlofAfter that, before the growth of the active layer containing nitrogen, gas that can be removed by reacting with the Al-based residue remaining on the reaction chamber side wall, the heating body, the jig holding the substrate, etc. Since it was supplied, oxygen uptake into the active layer could be suppressed, and a semiconductor light emitting device with high luminous efficiency could be formed.
[0135]
  Also,After the growth of the semiconductor layer containing Al and before the growth of the active layer containing nitrogen, using an organic nitrogen compound material cylinder such as DMHy as an etching gas, the Al material remaining in the growth chamber was supplied. , Or reacts with Al reactant, Al compound, or Al, and can react with Al-based residue remaining on the reaction chamber side wall, heating body, jig holding the substrate, etc., and can be removed. Incorporation of oxygen into the layer could be suppressed. As a result, a semiconductor light emitting device with high luminous efficiency could be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an outline of a general MOCVD apparatus.
FIG. 2 is a diagram showing a room temperature photoluminescence spectrum from an active layer having a GaInNAs / GaAs double quantum well structure composed of a GaInNAs quantum well layer and a GaAs barrier layer, which are semiconductor layers containing nitrogen, manufactured by an MOCVD apparatus. is there.
FIG. 3 is a diagram showing a sample structure of a semiconductor light emitting device.
FIG. 4 shows an example of the semiconductor light emitting device shown in FIG. 3 in which an epitaxial growth apparatus (device having a cladding layer made of AlGaAs, an intermediate layer made of GaAs, and an active layer made of a GaInNAs / GaAs double quantum well structure) It is the figure which showed the depth direction distribution of nitrogen and oxygen concentration when forming using MOCVD.
FIG. 5 is a diagram showing the measurement conditions of FIG.
6 is a diagram showing a depth direction distribution of Al concentration of the same sample as FIG. 4; FIG.
7 is a diagram showing the measurement conditions of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a result of evaluating a threshold current density by fabricating a broad stripe laser using AlGaAs as a cladding layer (a layer containing Al) and using a GaInNAs double quantum well structure (a layer containing nitrogen) as an active layer. is there.
FIG. 9 is a diagram showing the structure of a GaInNAs surface emitting semiconductor laser element in the first and second examples.
FIG. 10 is a diagram showing a structure of a GaInNAs surface emitting semiconductor laser element in a third embodiment.
FIG. 11 is a diagram showing the structure of a GaInNAs surface-emitting type semiconductor laser device in a fourth example.
FIG. 12 is a view showing a structure of a GaInNAs surface emitting semiconductor laser element in a fifth embodiment.
FIG. 13 is a diagram showing a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a graph showing the nitrogen composition dependence of the threshold current density experimentally determined by the inventors.
FIG. 16 is a diagram showing an eighth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
A: Raw material gas supply unit, A1: Group III gas line, A2: Group V gas line, B: Heating body, C: Exhaust unit,
11: Substrate loading / unloading port, 12: Growth chamber (reaction chamber), 13: Hydrogen purifier, 14: Bubbler, 15: AsH3Gas cylinder, 15 ': dopant gas cylinder, 16: valve,
101: GaAs substrate, 102: lower cladding layer, 103: intermediate layer 103, 104: active layer, 105: upper cladding layer,
a1, b1: main line, a2, b2: vent line, dummy lines # 1 to # 4: dummy line,
201: n-GaAs substrate, 202: n-semiconductor distributed Bragg reflector (lower semiconductor distributed Bragg reflector: also simply referred to as lower reflector), 203: lower GaAs spacer layer, 204: multiple quantum well active layer, 205: upper GaAs spacer layer, 206: p-semiconductor distributed Bragg reflector (upper semiconductor distributed Bragg reflector: also simply referred to as upper reflector), 207: contact layer, 208: p-AlAs selectively oxidized layer, 209: AlxOy current narrowing part 210: polyimide, 211: p-side electrode, 212: n-side electrode, 213: GaInNAs layer, 214: GaInNP layer,
301, 305: semiconductor laser element, 302, 307: optical fiber, 306: receiving photodiode.

Claims (1)

基板と窒素を含むGaInNAs系材料からなる活性層との間に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を含む半導体層と窒素を含む活性層との間に設けた半導体層の成長途中で、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を有機系窒素化合物ガスの成長室内への供給により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。
In a method for manufacturing a semiconductor light emitting device, in which a semiconductor layer containing Al is provided between a substrate and an active layer made of a GaInNAs-based material containing nitrogen,
The semiconductor layer containing Al and the active layer containing nitrogen are grown using an organometallic Al raw material and a nitrogen compound raw material, respectively,
During the growth of the semiconductor layer provided between the Al-containing semiconductor layer and the nitrogen-containing active layer, the Al raw material, Al reactant, Al compound, or Al remaining in the growth chamber is removed from the organic nitrogen compound gas. A method for manufacturing a semiconductor light-emitting element, comprising a step of removing by supply to a growth chamber .
JP2002274396A 2001-09-27 2002-09-20 Manufacturing method of semiconductor light emitting device Expired - Fee Related JP4281987B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002274396A JP4281987B2 (en) 2001-09-27 2002-09-20 Manufacturing method of semiconductor light emitting device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001-297938 2001-09-27
JP2001297938 2001-09-27
JP2002274396A JP4281987B2 (en) 2001-09-27 2002-09-20 Manufacturing method of semiconductor light emitting device

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008009114A Division JP5013611B2 (en) 2001-09-27 2008-01-18 Semiconductor light emitting device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003179310A JP2003179310A (en) 2003-06-27
JP4281987B2 true JP4281987B2 (en) 2009-06-17

Family

ID=26623134

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002274396A Expired - Fee Related JP4281987B2 (en) 2001-09-27 2002-09-20 Manufacturing method of semiconductor light emitting device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4281987B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100580634B1 (en) * 2003-12-24 2006-05-16 삼성전자주식회사 light emitting device and method of manufacturing thereof
JP7004798B2 (en) * 2018-02-28 2022-01-21 富士フイルム株式会社 Compositions, cured products, color filters, color filter manufacturing methods, solid-state image sensors, image display devices, and compounds.

Also Published As

Publication number Publication date
JP2003179310A (en) 2003-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7180100B2 (en) Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system
US7940827B2 (en) Vertical-cavity, surface-emission type laser diode and fabrication process thereof
US7067846B2 (en) Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system
US8293555B2 (en) Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system
JP4253207B2 (en) Semiconductor light emitting device manufacturing method, semiconductor light emitting device, surface emitting semiconductor laser device manufacturing method, surface light emitting semiconductor laser device, surface emitting semiconductor laser array, optical transmission module, optical transmission / reception module, and optical communication system
JP4084575B2 (en) Manufacturing method of surface emitting semiconductor laser element, surface emitting semiconductor laser element formed using the manufacturing method of surface emitting semiconductor laser element, optical transmission module, optical transmitting / receiving module using the surface emitting semiconductor laser element, Optical communication system
JP4281987B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device
JP4204166B2 (en) Semiconductor device manufacturing method, semiconductor device manufactured by the manufacturing method, and optical system using the semiconductor device
JP4931304B2 (en) Manufacturing method of surface emitting semiconductor laser device
JP4864014B2 (en) Manufacturing method of surface emitting semiconductor laser device
JP5013611B2 (en) Semiconductor light emitting device
JP4136369B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device and manufacturing method of surface emitting semiconductor laser device
JP2004288789A (en) Method for manufacturing surface-emitting semiconductor laser element, crystal growing apparatus, surface-emitting semiconductor laser element using them, optical transmitting module using surface-emitting semiconductor laser element, optical transmitting/receiving module, and optical communication system
JP2004289112A (en) Semiconductor light emitting element, its manufacturing method, optical transmitting module, optical transmitting/receiving module, and optical communication system
JP4535671B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device
JP4450269B2 (en) Manufacturing method of semiconductor light emitting device
JP2003101151A (en) Manufacturing method for semiconductor light-emitting element, metal organic chemical vapor deposition device, surface light-emitting type semiconductor laser element formed by using them, and optical communication system using the laser element
JP2005011995A (en) Semiconductor light emitting element, optical transmitting module, optical transmitting/receiving module, and optical communication system
JP4410975B2 (en) Semiconductor light emitting device manufacturing method and surface emitting semiconductor laser device
JP2002324940A (en) Optical communication system
JP2005150139A (en) Semiconductor light emitting element, optical transmission module, optical transmission/reception module, and optical communication system
JP2002324939A (en) Optical communication system
JP2002329923A (en) Optical communication system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050302

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20071113

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071120

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080415

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080613

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20090313

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20090313

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120327

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130327

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140327

Year of fee payment: 5

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees