JP5013611B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
(1)本発明の関連技術である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。
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。
本発明の第2の実施例に係るGaInNAs面発光型半導体レーザ素子について説明する。第1の実施例と違うところは、成長室内に残留したAl原料、またはAl反応物、またはAl化合物、またはAlを除去するためにGaAs下部スペーサ層203の成長途中で成長中断し酸素(O2)を供給したことである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
11:基板出し入れ口、12:成長室(反応室)、13:水素精製器、14:バブラー、15:AsH3ガスシリンダー、15’:ドーパントガスシリンダー、16:バルブ、
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。
Claims (3)
- 基板と、GaNAs,GaInNAs,InNAs,GaAsNSb,GaInNAsSb,GaInNPAsのうちいずれか一つの材料からなる窒素を含む活性層との間にAlGaAsからなるクラッド層またはAlGaAs系材料を含む半導体分布ブラッグ反射鏡を設けた半導体発光素子において、
前記クラッド層または前記半導体分布ブラッグ反射鏡と、前記活性層との間に該活性層に直接接しないGaNAs,GaInNAs,InNAs,GaAsNSb,GaInNAsSb,GaInNPAsのうちいずれか一つの材料からなる半導体層が形成され、
前記半導体層と前記活性層との間にGa x In 1-x P y As(0<x≦1、0<y≦1)層が形成され、
前記Ga x In 1−x P y As(0<x≦1、0<y≦1)層のバンドギャップエネルギーは、前記半導体層のバンドギャップエネルギーより大きい半導体発光素子。 - 基板と、GaNAs,GaInNAs,InNAs,GaAsNSb,GaInNAsSb,GaInNPAsのうちいずれか一つの材料からなる窒素を含む活性層との間にAlGaAsからなるクラッド層またはAlGaAs系材料を含む半導体分布ブラッグ反射鏡を設けた半導体発光素子において、
前記クラッド層または前記半導体分布ブラッグ反射鏡と、前記活性層との間にGaNAs層またはGaInNAs層が形成され、
前記GaNAs層またはGaInNAs層と前記活性層との間にAlと窒素を含まない半導体層が形成され、
前記Alと窒素を含まない半導体層は、バンドギャップエネルギーが前記GaNAs層またはGaInNAs層のバンドギャップエネルギーより大きく、GaAs,GaInAs,GaAsP,GaInPAs,GaInP層のいずれか一つから形成されている半導体発光素子。 - 基板と、GaNAs,GaInNAs,InNAs,GaAsNSb,GaInNAsSb,GaInNPAsのうちいずれか一つの材料からなる窒素を含む活性層との間にAlGaAsからなるクラッド層またはAlGaAs系材料を含む半導体分布ブラッグ反射鏡を設けた半導体発光素子において、
前記クラッド層または前記半導体分布ブラッグ反射鏡と、前記活性層との間にGaInNP層またはGaInNPAs層が形成され、
前記GaInNP層またはGaInNPAs層と前記活性層との間にAlと窒素を含まない半導体層が形成され、
前記Alと窒素を含まない半導体層は、バンドギャップエネルギーが前記GaInNP層またはGaInNPAs層のバンドギャップエネルギーより大きく、GaAsP,GaInPAs,GaInP層のいずれか一つから形成されている半導体発光素子。
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