(57)【要約】【課題】  ＡｌＧａＡｓ混晶よりなるｐ型クラッド層を成長させる際に、ＧａＩｎＮＡｓ系半導体材料よりなる活性層の結晶品質が劣化することを抑制し、発光特性を高めることができる半導体発光素子の製造方法を提供する。【解決手段】  ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９を、基板１１の温度を例えば４００℃以上６５０℃以下の比較的低い温度として形成する。Ｖ族原料としては、３００Ｋにおいて蒸気圧が１０１３２４．７２Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ）以下の有機材料、すなわち有機金属材料を用いることが好ましい。また、６００℃以下において分解効率が５０％以上の有機材料を用いることが好ましい。具体的には、ＴＢＡｓ，ＥＡｓ，ＴＥＡｓあるいはＴＭＡｓなどが好ましい。【選択図】        図１
2005332881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一面側に、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）および窒素（Ｎ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる窒素含有層を形成する工程と、
前記窒素含有層上に、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるアルミニウム含有層を４００℃以上６５０℃以下の温度で形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記基板上に、第１導電型多層反射膜、活性層および第２導電型多層反射膜の積層構造を有し、前記活性層が前記窒素含有層であり、前記第２導電型多層反射膜が前記アルミニウム含有層である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３】
前記基板上に、第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型クラッド層の積層構造を有し、前記活性層が前記窒素含有層であり、前記第２導電型クラッド層が前記アルミニウム含有層である
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項４】
前記アルミニウム含有層を形成するための５Ｂ族元素の原料として、６００℃以下において分解効率が５０％以上の有機材料を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項５】
前記アルミニウム含有層を形成するための５Ｂ族元素の原料として、３００Ｋにおいて蒸気圧が１０１３２４．７２Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ）以下の有機材料を用いる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項６】
前記アルミニウム含有層に、不純物として炭素（Ｃ）を含有させる
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項７】
前記窒素含有層を、ＧａＩｎＮＡｓ混晶により構成する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項８】
前記窒素含有層を、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ混晶により構成する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記窒素含有層を、ＧａＡｓＳｂＮ混晶により構成する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項１０】
基板と、
前記基板の一面側に、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）および窒素（Ｎ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる窒素含有層と、
前記窒素含有層上に、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成され、４００℃以上６５０℃以下の温度で形成されたアルミニウム含有層と
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項１１】
前記基板上に、第１導電型多層反射膜、活性層および第２導電型多層反射膜の積層構造を有し、前記活性層が前記窒素含有層であり、前記第２導電型多層反射膜が前記アルミニウム含有層である
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子。
【請求項１２】
前記基板上に、第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型クラッド層の積層構造を有し、前記活性層が前記窒素含有層であり、前記第２導電型クラッド層が前記アルミニウム含有層である
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子。
【請求項１３】
前記アルミニウム含有層は、不純物として炭素（Ｃ）を含有する
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子。
【請求項１４】
前記窒素含有層は、ＧａＩｎＮＡｓ混晶により構成された
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子。
【請求項１５】
前記窒素含有層は、ＧａＩｎＮＡｓＳｂ混晶により構成された
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子。
【請求項１６】
前記窒素含有層は、ＧａＡｓＳｂＮ混晶により構成された
ことを特徴とする請求項１０記載の半導体発光素子。
【請求項１７】
基体上に半導体発光素子を備えた光学モジュールであって、
前記半導体発光素子は、
基板と、
前記基板の一面側に、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）および窒素（Ｎ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる窒素含有層と、
前記窒素含有層上に、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成され、４００℃以上６５０℃以下の温度で形成されたアルミニウム含有層と
を備えたことを特徴とする光学モジュール。
【請求項１８】
前記半導体発光素子は、前記基板上に、第１導電型多層反射膜、活性層および第２導電型多層反射膜の積層構造を有し、前記活性層が前記窒素含有層であり、前記第２導電型多層反射膜が前記アルミニウム含有層である
ことを特徴とする請求項１７記載の光学モジュール。
【請求項１９】
前記半導体発光素子は、前記基板上に、第１導電型クラッド層、活性層および第２導電型クラッド層の積層構造を有し、前記活性層が前記窒素含有層であり、前記第２導電型クラッド層が前記アルミニウム含有層である
ことを特徴とする請求項１７記載の光学モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長波長発光素子として好適な半導体発光素子の製造方法およびこの方法による半導体発光素子、並びにこの半導体発光素子を用いた光学モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
１．２μｍ以上の長波長で発光する半導体発光素子は、光通信システムなど多様な応用分野を有している。特に１．３μｍまたは１．５５μｍの発振波長を有する半導体発光素子は、主に光通信用途に利用され、通信技術の核となっている。このような通信用長波長発光素子の活性層には現在主にＩｎＰ系材料が用いられているが、最近ＧａＩｎＮＡｓ混晶，ＧａＩｎＮＡｓＳｂ混晶あるいはＧａＡｓＮＳｂ混晶などのＧａＩｎＮＡｓ系半導体材料が注目されている。ＧａＩｎＮＡｓ系半導体は、窒素（Ｎ）を含むことから長波化が容易であり、低コストかつ大口径化が可能なＧａＡｓ基板上に作製することができるので、低コスト化に有利な活性層材料と考えられている。
【０００３】
このようなＧａＩｎＮＡｓ系半導体材料を用いた半導体レーザとしては、例えば、ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓ混晶よりなるｎ型クラッド層，ＧａＩｎＮＡｓ系半導体材料よりなる活性層，およびＡｌＧａＡｓ混晶よりなるｐ型クラッド層を順に積層した構成のものが知られている。
【０００４】
また、ＧａＩｎＮＡｓ系半導体材料はＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser；垂直共振器型面発光レーザ）にも応用されており、例えば、ＧａＡｓ基板上に、ＡｌＧａＡｓ混晶層とＧａＡｓ混晶層とを交互に多数積層したｎ型多層反射膜，ＧａＩｎＮＡｓ系半導体材料よりなる活性層，およびＡｌＧａＡｓ混晶層とＧａＡｓ混晶層とを交互に多数積層したｐ型多層反射膜を順に積層した構成のものがある。
【０００５】
ＧａＩｎＮＡｓ系半導体材料の成長方法としては、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；電子ビーム蒸着）法またはＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属気相成長）法などが用いられている。このうち、ＭＯＣＶＤ法は、３Ｂ族元素の原料（以下、「ＩＩＩ族原料」という。）または５Ｂ族元素の原料（以下、「Ｖ族原料」という。）としてＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）やＴＭＧａ（トリメチルガリウム）などの有機金属原料を用い、これら原料を熱により分解して薄膜を形成する技術である。
【０００６】
ＭＯＣＶＤ法によりｐ型クラッド層またはｐ型多層反射膜を形成する場合、Ｖ族原料としてアルシン（ＡｓＨ3 ）を用い、６５０℃以上の高温で長時間成長を行うことが多い（例えば、特許文献１参照。）。アルミニウムを含有するｐ型クラッド層またはｐ型多層反射膜は、なるべく高温で成長させるほうが結晶品質が良くなるからである。また、６５０℃以上ではアルシンの分解効率が極めて高いので原料効率を高めることができるからである。なお、アルシンは、純度が高く、取扱いが容易であることから広く用いられている。
【特許文献１】特開２００２−２０８７５５号公報
【特許文献２】特開２００３─２８２４４４号公報
【特許文献３】特開平８−３２１８１号公報
【非特許文献１】G.B.Stringfellow,  Fundamental aspects of vapor growth and epitaxy, 「ジャーナルオブクリスタルグロウス（Journal of Crystal Growth ）」，（オランダ），エルゼビア社，１９９１年，１１５，ｐ．１−１１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＧａＩｎＮＡｓ系半導体材料は、アニールすることにより結晶品質が変化することが知られている。一般に、アニールを行うとＰＬ（Photo Luminescence）強度は一旦回復するが、長時間のアニールでは結晶品質が劣化し、ＰＬ強度が低下することが分かっている。そのため、ＧａＩｎＮＡｓ系半導体よりなる活性層を形成したのちに高温で長時間の成長工程を行うと、活性層の結晶品質が低下してしまうおそれがあった。
【０００８】
このような問題を避けるため、ｐ型クラッド層またはｐ型多層反射膜の成長温度を少し低くすることも考えられる。しかし、例えば非特許文献１に記載されたように、アルシンの分解効率は６５０℃以下では急激に低下し、６００℃では約５０％程度、４５０℃でほぼ０となる。そのため、６５０℃以下の低温領域では原料効率が非常に悪くなってしまうという問題があった。
【０００９】
更に、ＶＣＳＥＬの場合には、ｐ型多層反射膜の合計厚みが３μｍ程度と厚いので、更に成長時間が長くなり、活性層の結晶品質が劣化する可能性がより高くなっていた。
【００１０】
また、ＧａＩｎＮＡｓ系半導体材料を活性層に用いた場合、アニール温度を高くすると発振波長が短くなる。そのため、長波化には不利になってしまうという問題もあった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ＡｌＧａＡｓ混晶よりなるｐ型クラッド層またはｐ型多層反射膜すなわちアルミニウム含有層を成長させる際に、ＧａＩｎＮＡｓ系半導体材料よりなる活性層すなわち窒素含有層の結晶品質が劣化することを抑制し、発光特性を高めることができる半導体発光素子の製造方法および半導体発光素子、並びに光学モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による半導体発光素子の製造方法は、基板の一面側に、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）および窒素（Ｎ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる窒素含有層を形成する工程と、窒素含有層上に、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるアルミニウム含有層を４００℃以上６５０℃以下の温度で形成する工程とを含むものである。このとき、窒素含有層およびアルミニウム含有層を形成するための５Ｂ族元素の原料として、６００℃以下において分解効率が５０％以上の有機材料を用いることが好ましい。
【００１３】
本発明による半導体発光素子は、基板と、基板の一面側に、３Ｂ族元素のうちの少なくともガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）および窒素（Ｎ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる窒素含有層と、窒素含有層上に、３Ｂ族元素のうちの少なくともアルミニウム（Ａｌ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくともヒ素（Ａｓ）とを含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体により構成され、４００℃以上６５０℃以下の温度で形成されたアルミニウム含有層とを備えたものである。
【００１４】
本発明による光学モジュールは、基体上に、上記本発明による半導体発光素子を備えたものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体発光素子の製造方法、または本発明の半導体発光素子によれば、窒素（Ｎ）を含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる窒素含有層を形成したのち、この窒素含有層上に、アルミニウム（Ａｌ）を含むＧａＡｓ系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなるアルミニウム含有層を４００℃以上６５０℃以下の比較的低い温度で形成するようにしたので、アルミニウム含有層を成長させる際に窒素含有層の結晶品質が高温により劣化することを抑制して、発光特性を向上させることができる。
【００１６】
特に、アルミニウム含有層を形成するための５Ｂ族元素の原料として、６００℃以下において分解効率が５０％以上の有機材料を用いるようにすれば、低温でも原料効率良くアルミニウム含有層を成長させることができる。
【００１７】
本発明の光学モジュールによれば、本発明の半導体発光素子を備えたので、その優れた発光特性により高い性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構造を表すものである。この半導体レーザ１０は、通信用長波長レーザとして用いられるものであり、例えば、基板１１の表側に、ｎ型クラッド層１２，第１ガイド層１３，活性層１４，第２ガイド層１５，ｐ型第１クラッド層１６，エッチングストップ層１７，ｐ型第２クラッド層１８およびキャップ層１９がこの順に積層された構成を有している。エッチングストップ層１７，ｐ型第２クラッド層１８およびキャップ層１９は、電流狭窄のため細い帯状の突条部とされており、活性層１４の発光領域を制限するようになっている。
【００２０】
基板１１は、例えば、積層方向における厚さ（以下、単に厚さという）が１００μｍであり、ケイ素（Ｓｉ）あるいはセレン（Ｓｅ）などのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。ｎ型クラッド層１２は、例えば、厚さが２μｍであり、ケイ素あるいはセレンなどのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶により構成されている。
【００２１】
第１ガイド層１３は、例えば、厚さが１４０ｎｍであり、不純物を含まないＧａＡｓにより構成されている。
【００２２】
活性層１４は、例えば、井戸層１４Ａ，１４Ｃの間に障壁層１４Ｂを設けたＤＱＷ（Double Quantum Well ；二重量子井戸）構造を有している。井戸層１４Ａ，１４Ｃはそれぞれ、厚さが８ｎｍであり、ＧａＩｎＮＡｓ混晶により構成されている。すなわち、活性層１４の井戸層１４Ａ，１４Ｂは、窒素含有層となっている。障壁層１４Ｂは、例えば、厚さが１８ｎｍであり、ＧａＡｓにより構成されている。
【００２３】
第２ガイド層１５は、例えば、厚さが１４０ｎｍであり、不純物を含まないＧａＡｓにより構成されている。
【００２４】
ｐ型第１クラッド層１６は、例えば、厚さが１００ｎｍであり、炭素（Ｃ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶により構成されている。すなわち、ｐ型第１クラッド層１６は、アルミニウム含有層となっている。エッチングストップ層１７は、例えば、厚さが１００ｎｍであり、炭素（Ｃ）などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。ｐ型第２クラッド層１８は、例えば、厚さが１．４μｍであり、炭素（Ｃ）などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶により構成されている。すなわち、ｐ型第２クラッド層１８は、アルミニウム含有層となっている。キャップ層１９は、例えば、厚さが３００ｎｍであり、炭素（Ｃ）などのｐ型不純物を高濃度に添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。ｐ型第１クラッド層１６，エッチングストップ層１７，ｐ型第２クラッド層１８およびキャップ層１９は、後述するように、４００℃以上６５０℃以下の温度で形成されている。
【００２５】
ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９の表面および側面には、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）よりなる絶縁膜２０が形成されている。絶縁膜２０には、キャップ層１９の上面に対応して開口が設けられている。
【００２６】
絶縁膜２０の表面には、ｐ側電極３１が形成されている。ｐ側電極３１は、例えば金（Ａｕ）層，金（Ａｕ）とゲルマニウム（Ｇｅ）との合金層および金（Ａｕ）層が順次積層された構造を有しており、絶縁膜２０の開口を介してキャップ層１９と電気的に接続されている。また、基板１１の裏側には、ｎ側電極３２が形成されている。ｎ側電極３２は、例えばチタン（Ｔｉ）層，白金（Ｐｔ）層および金（Ａｕ）層を順次積層して熱処理により合金化した構造を有しており、基板１１と電気的に接続されている。
【００２７】
更に、この半導体レーザ１０では、共振器方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、一対の共振器端面には一対の反射鏡膜（図示せず）がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方は低反射率となるように、他方は高反射率となるように反射率がそれぞれ調整されている。これにより、活性層１４において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、低反射率側の反射鏡膜からレーザビームとして積層方向に対して垂直な方向に出射するようになっている。
【００２８】
この半導体レーザ１０は、例えば次のようにして製造することができる。
【００２９】
まず、例えば、上述した厚さおよび材料よりなる基板１１を用意し、この基板１１の表側に、ｎ型クラッド層１２ないしキャップ層１９を順次成長させる。成長工程は例えばＭＯＣＶＤ法により行い、各層の構成材料に応じて、基板１１の温度（成長温度）および使用するＶ族原料を以下のように異ならせる。
【００３０】
すなわち、基板１１の表側に、ｎ型クラッド層１２および第１ガイド層１３を順次成長させる。このとき、成長温度は例えば７５０℃程度とし、Ｖ族原料としては例えばアルシンを用いる。
【００３１】
次いで、第１ガイド層１３上に、窒素含有層である活性層１４と、第２ガイド層１５とを順次形成する。このとき、成長温度は例えば５００℃とし、Ｖ族原料としては、例えばＴＢＡｓ（ターシャリブチルアルシン）を用いる。
【００３２】
続いて、第２ガイド層１５上に、アルミニウム含有層であるｐ型第１クラッド層１６，エッチングストップ層１７，アルミニウム含有層であるｐ型第２クラッド層１８，およびキャップ層１９を順次形成する。ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９のキャリア濃度は、使用する有機金属材料からの炭素のオートドーピングにより調整する。
【００３３】
ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９は、成長温度を例えば４００℃以上６５０℃以下の比較的低い温度として形成する。４００℃よりも低温では、一般にＶ族原料の分解効率が不十分であり、６５０℃より高温では活性層１４の結晶品質が劣化するおそれがあるからである。これにより、本実施の形態では、ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９を成長させる際に活性層１４の結晶品質が高温により劣化することを抑制することができる。
【００３４】
更に、４００℃以上６００℃以下とすればより好ましく、４５０℃以上６００℃以下とすれば更に好ましく、５５０℃ないし６００℃程度とすれば最も好ましい。
【００３５】
このとき、Ｖ族原料としては、３００Ｋにおいて蒸気圧が１０１３２４．７２Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ）以下の有機材料、すなわち有機金属材料を用いることが好ましい。また、６００℃以下において分解効率が５０％以上の有機材料を用いることが好ましい。低温でも原料効率を良くすることができるからである。このような有機材料としては、ＴＢＡｓ，ＥＡｓ（モノエチルアルシン），ＴＥＡｓ（トリエチルアルシン）あるいはＴＭＡｓ（トリメチルアルシン）などが好ましい。ＴＭＡｌやＴＭＧａなどのＩＩＩ族原料に含まれる炭素に加えて、これらの有機Ｖ族材料に含まれる炭素も結晶内に取り込まれるので、ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９のキャリア濃度を更に高くすることができるからである（例えば、特許文献２参照。）。また、図２に示したように、Ｖ／ＩＩＩ比を調整することによりｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９のキャリア濃度を容易に制御することができるからである。更に、窒素と水素（Ｈ）とは結合力が強いので、有機Ｖ族原料のほうがアルシンよりも成長中に発生する水素ラジカルの量も少なくなり、活性層１４に取り込まれる水素の量を低減することができるからである。ここでＶ／ＩＩＩ比とはＶ族原料ガスとＩＩＩ族原料ガスとのモル流量比をいう。
【００３６】
なお、図２は、Ｖ／ＩＩＩ比とｐ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶のキャリア濃度との関係を調べた実験結果を表すものであり、成長温度は６００℃とし、Ｖ族材料としてはＴＢＡｓを用いた。図２では、Ｖ／ＩＩＩ比が約８程度で１×１０18ｃｍ-3のキャリア濃度が得られており、Ｖ／ＩＩＩ比を高くすればキャリア濃度を容易に減らせることが分かる。また、アルミニウム組成を高くすれば更にキャリア濃度を高くすることが可能である。
【００３７】
ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９を形成したのち、例えば窒素（Ｎ2 ）雰囲気中で６００℃、２ｍｉｎのアニールを行い、活性層１４の結晶品質を改善すると共に水素の除去を行う。
【００３８】
アニールを行ったのち、キャップ層１９の上に図示しないマスクを形成し、このマスクを利用して例えばエッチングにより、キャップ層１９，ｐ型第２クラッド層１８およびエッチングストップ層１７を選択的に除去して細い帯状の突条部とし、図示しないマスクを除去する。
【００３９】
マスクを除去したのち、基板１１の全面にわたって、例えば蒸着法により、上述した材料よりなる絶縁膜２０を形成し、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより絶縁膜２０を選択的に除去して、キャップ層１９上に開口を形成する。
【００４０】
絶縁膜２０に開口を形成したのち、基板１１の上全面に、例えば真空蒸着法によりチタン，白金および金を順次積層し、合金化して、ｐ側電極３１を形成する。ｐ側電極３１を形成したのち、基板１１を例えば１００μｍ程度の厚さとなるように研削し、ｐ側電極３１と同様にして、基板１１の反対側の全面に、例えば真空蒸着法により金，ＡｕＧｅおよび金を順次積層し、合金化してｎ側電極３２を形成する。
【００４１】
ｎ側電極３２およびｐ側電極３１を形成したのち、基板１１を所定の大きさに整え、共振器長方向において対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。これにより、図１に示した半導体レーザ１０が完成する。
【００４２】
この半導体レーザ１０では、ｎ側電極３２とｐ側電極３１との間に所定の電圧が印加されると、活性層１４に電流が注入されて、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、図示しない一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、アルミニウム含有層であるｐ型第１クラッド層１６およびｐ型第２クラッド層１８と、エッチングストップ層１７と、キャップ層１９とが４００℃以上６５０℃以下の比較的低い温度で形成されているので、ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９を成長させる際に活性層１４の井戸層１４Ａ，１４Ｃの結晶品質が高温により劣化することが抑制されている。よって、発光特性が向上する。
【００４３】
（光学モジュール）
図３は、このような半導体レーザ１０を備えた光学モジュールの構成を概略的に表したものである。この光学モジュール１００は、高速光通信システムにおいて光信号と電気信号とを変換するＦＥＭ（フロントエンドモジュール）などとして用いられるものであり、基体１０１上に、送信部１１０と受信部１２０とを備えている。送信部１１０および受信部１２０には、図示しないコネクタを介してファイバ１３０，１４０がそれぞれ接続されている。
【００４４】
送信部１１０は、例えば、上述した半導体レーザ１０およびこの半導体レーザ１０を駆動するドライバ１１２を有している。ドライバ１１２としては、公知のドライバＩＣ（Integrated Circuit；集積回路）を用いることができる。
【００４５】
受信部１２０は、例えば、光電変換素子（フォトダイオード）１２１およびＴＩＡ（トランスインピーダンスアンプリファイア）やＬＩＡ（リミティングインピーダンスアンプリファイア）等の増幅器１２２を備えた一般的なものである。
【００４６】
この光学モジュール１００では、送信部１１０において、外部から供給された電気信号Ｓ１に基づいてドライバ１１２により半導体レーザ１０が駆動され、光信号Ｐ１がファイバ１３０を介して送信される。また、受信部１２０において、ファイバ１４０を介して供給された光信号Ｐ２が光電変換素子１２１に入射して電気信号に変換され、この電気信号が増幅器１２２により増幅され、必要な変換処理が加えられて電気信号Ｓ２として外部へ出力される。ここで、光学モジュール１００は、本実施の形態の半導体レーザ１０を備えているので、半導体レーザ１０の優れた発光特性により高い性能が得られる。
【００４７】
このように本実施の形態では、アルミニウム含有層であるｐ型第１クラッド層１６およびｐ型第２クラッド層１８と、エッチングストップ層１７と、キャップ層１９とを４００℃以上６５０℃以下の比較的低い温度で形成するようにしたので、ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９を成長させる際に活性層１４の井戸層１４Ａ，１４Ｃの結晶品質が高温により劣化することを抑制し、発光特性を向上させることができる。従って、この半導体レーザ１０を用いた光学モジュール１００においても、性能が向上する。
【００４８】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ４０の構造を表すものである。この半導体レーザ４０は、ＶＣＳＥＬであり、例えば、基板４１の表側に、ｎ型多層反射膜４２，第１ガイド層４３，活性層４４，第２ガイド層４５，電流狭窄層４６，ｐ型多層反射膜４７およびキャップ層４８がこの順に積層された構成を有している。第１ＧａＡｓ層４３ないしキャップ層４８は、略円柱状のメサ領域とされており、電流狭窄層４６により活性層４４の発光領域が制限されるようになっている。
【００４９】
基板４１は、例えば、厚さが約１５０μｍであり、ケイ素あるいはセレンなどのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓにより構成されている。ｎ型多層反射膜４２は、例えば、厚さが約９０ｎｍであり、ケイ素あるいはセレンなどのｎ型不純物を添加したｎ型Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ混晶層と、厚さが約８０ｎｍであり、ケイ素あるいはセレンなどのｎ型不純物を添加したｎ型ＧａＡｓ層とを交互に例えば３５対積層した構造を有するＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector ；分布型ブラッグ反射）ミラーである。なお、ｎ型多層反射膜４２の界面には、低抵抗化のため、厚さが約２０ｎｍであり、組成を線形に変化させたグレーデッド層（図示せず）が挿入されている。
【００５０】
第１ガイド層４３は、例えば、厚さが約１７０ｎｍであり、不純物を含まないＧａＡｓにより構成されている。
【００５１】
活性層４４は、例えば、井戸層の間に障壁層を設けたＴＱＷ（Triple Quantum Well ；三重量子井戸）構造を有している。各井戸層は、例えば、厚さが８ｎｍであり、ＧａＩｎＮＡｓ混晶により構成されている。すなわち、活性層１４の井戸層は、窒素含有層となっている。各障壁層は、例えば、厚さが１０ｎｍであり、ＧａＡｓにより構成されている。
【００５２】
第２ガイド層４５は、例えば、厚さが約１７０ｎｍであり、不純物を含まないＧａＡｓにより構成されている。なお、活性層４４を含めた活性領域（光が共振する領域）の厚さは、発振波長λに基づいて制御されている。
【００５３】
電流狭窄層４６は、例えば、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）よりなる低抵抗領域４６Ａの周囲に、ヒ化アルミニウムを酸化させた環状の高抵抗領域４６Ｂを有し、電流は低抵抗領域４６Ａのみに狭窄されるようになっている。低抵抗領域４６Ａに対応する活性層４４の領域が発光領域となっている。
【００５４】
ｐ型多層反射膜４７は、例えば、厚さが約９０ｎｍであり、炭素などのｐ型不純物を添加したｐ型Ａｌ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ混晶層と、厚さが約８０ｎｍであり、炭素などのｐ型不純物を添加したｐ型ＧａＡｓ層を交互に例えば３０対積層した構造を有するＤＢＲミラーである。すなわち、ｐ型多層反射膜４５は、アルミニウム含有層となっている。キャップ層４８は、例えば、厚さが８０ｎｍであり、炭素などのｐ型不純物を高濃度に添加したｐ型ＧａＡｓにより構成されている。ｐ型多層反射膜４７およびキャップ層４８は、後述するように、４００℃以上６５０℃以下の温度で形成されている。
【００５５】
ｎ型多層反射膜４２ないしキャップ層４８の表面および側面には、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ）よりなる絶縁膜４９が形成されている。絶縁膜４９には、キャップ層４８の上面に対応して開口が設けられている。絶縁膜４９の表面にはｐ側電極５１が形成され、基板４１の裏側にはｎ側電極５２が設けられている。ｐ側電極５１およびｎ側電極５２は、ｐ側電極５１に光を取り出すための開口が設けられていることを除いては、第１の実施の形態の半導体レーザ１０におけるｐ側電極３１およびｎ側電極３２と同様に構成されている。
【００５６】
この半導体レーザ４０は、例えば次のようにして製造することができる。
【００５７】
まず、例えば、上述した厚さおよび材料よりなる基板４１を用意し、この基板４１の表側に、ｎ型多層反射膜４２ないしキャップ層４８を順次成長させる。成長工程は例えばＭＯＣＶＤ法により行い、各層の構成材料に応じて、基板４１の温度および使用するＶ族原料を以下のように異ならせる。
【００５８】
すなわち、基板４１の表側に、ｎ型多層反射膜４２および第１ガイド層４３を順次成長させる。このとき、基板４１の温度は例えば７５０℃程度とし、Ｖ族原料としては例えばアルシンを用いる。なお、ｎ型多層反射膜４２の界面には、低抵抗化のため、上述したグレーデッド層（図示せず）を挿入する。
【００５９】
次いで、第１ガイド層４３上に、窒素含有層である活性層４４と、第２ガイド層４５と、電流狭窄層４６を形成するためのＡｌＡｓ層（図示せず）を順次形成する。このとき、基板４１の温度は例えば５００℃とし、Ｖ族原料としては、例えばＴＢＡｓを用いる。
【００６０】
続いて、電流狭窄層４６を形成するためのＡｌＡｓ層上に、アルミニウム含有層であるｐ型多層反射膜４７と、キャップ層４８とを順次形成する。ｐ型多層反射膜４７およびキャップ層４８のキャリア濃度は、使用する有機金属材料からの炭素のオートドーピングにより調整する。
【００６１】
ｐ型多層反射膜４７およびキャップ層４８は、第１の実施の形態におけるｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９と同様に、基板４１の温度を例えば４００℃以上６５０℃以下の比較的低い温度として形成する。４００℃よりも低温では、一般にＶ族原料の分解効率が不十分であり、６５０℃より高温では活性層４４の結晶品質が劣化するおそれがあるからである。これにより、本実施の形態では、ｐ型多層反射膜４７およびキャップ層４８を成長させる際に活性層４４の結晶品質が高温により劣化することを抑制することができる。
【００６２】
更に、第１の実施の形態におけるｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９と同様に、４００℃以上６００℃以下とすればより好ましく、４５０℃以上６００℃以下とすれば更に好ましく、５５０℃ないし６００℃程度とすれば最も好ましい。
【００６３】
このとき、Ｖ族原料としては、第１の実施の形態におけるｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９と同様に、３００Ｋにおいて蒸気圧が１０１３２４．７２Ｐａ（７６０Ｔｏｒｒ）以下の有機材料、すなわち有機金属材料を用いることが好ましい。また、６００℃以下において分解効率が５０％以上の有機材料を用いることが好ましい。低温でも原料効率を良くすることができるからである。このような有機材料としては、ＴＢＡｓ，ＥＡｓ，ＴＥＡｓ，ＴＭＡｓなどが好ましい。ＴＭＡｌやＴＭＧａなどのＩＩＩ族原料に含まれる炭素に加えて、これらの有機Ｖ族原料に含まれる炭素も結晶内に取り込まれるので、ｐ型多層反射膜４７およびキャップ層４８のキャリア濃度を更に高くすることができるからである（例えば、特許文献３参照。）。また、第１の実施の形態において図２を参照して説明したように、Ｖ／ＩＩＩ比を調整することによりｐ型多層反射膜４７およびキャップ層４８のキャリア濃度を容易に制御することができるからである。とりわけ、ｐ型多層反射膜４７では、ヘテロ界面のバンド不連続による抵抗増加が大きな問題となり、１０19ｃｍ-3台の高キャリア濃度を有するハイドーピング層を挿入することにより抵抗を低減させる必要があるが、有機Ｖ族原料を用いることによりアルミニウム組成の高い層ではＶ／ＩＩＩ比の制御により１０19ｃｍ-3台の高濃度のドーピングを可能とすることができる。更に、窒素と水素（Ｈ）とは結合力が強いので、有機Ｖ族原料のほうがアルシンよりも成長中に発生する水素ラジカルの量も少なくなり、活性層４４に取り込まれる水素の量を低減することができる。
【００６４】
ｐ型多層反射膜４７およびキャップ層４８を形成したのち、例えば窒素（Ｎ2 ）雰囲気中で６００℃、２ｍｉｎのアニールを行い、活性層４４の結晶品質を改善すると共に水素の除去を行う。
【００６５】
アニールを行ったのち、キャップ層４８の上に図示しないマスクを形成し、このマスクを利用して例えばエッチングにより、キャップ層４８，ｐ型多層反射膜４７，電流狭窄層４６を形成するためのＡｌＡｓ層，第２ガイド層４５，活性層４４および第１ガイド層４３を選択的に除去して略円柱状のメサ領域とし、図示しないマスクを除去する。
【００６６】
マスクを除去したのち、例えば水蒸気中で加熱することにより、メサ領域に露出したＡｌＡｓ層を周辺から中央に向かって環状に酸化させることにより、低抵抗領域４６Ａおよび高抵抗領域４６Ｂを有する電流狭窄層４６を形成する。
【００６７】
電流狭窄層４６を形成したのち、基板４１の全面にわたって、例えば蒸着法により、上述した材料よりなる絶縁膜４９を形成し、例えばフォトリソグラフィおよびエッチングにより絶縁膜４９を選択的に除去して、キャップ層４８上に開口を形成する。
【００６８】
絶縁膜４９に開口を形成したのち、第１の実施の形態のｐ側電極３１およびｎ側電極３２と同様にしてｐ側電極５１およびｎ側電極５２をそれぞれ形成する。これにより、図４に示した半導体レーザ４０が完成する。
【００６９】
この半導体レーザ４０では、ｎ側電極５２とｐ側電極５１との間に所定の電圧が印加されると、ｐ側電極５１から供給される駆動電流は電流狭窄層４６により電流狭窄されたのち活性層４４に注入され、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、ｎ型多層反射膜４２およびｐ型多層反射膜４７により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとしてｐ側電極５１の開口から外部に射出される。ここでは、アルミニウム含有層であるｐ型多層反射膜４７と、キャップ層４８とが４００℃以上６５０℃以下の比較的低い温度で形成されているので、ｐ型多層反射膜４７およびキャップ層４８を成長させる際に活性層４４の井戸層の結晶品質が高温により劣化することが抑制されている。よって、発光特性が向上する。
【００７０】
この半導体レーザ４０は、第１の実施の形態の半導体レーザ１０と同様にして光学モジュール１００を構成することが可能である。
【００７１】
このように本実施の形態では、アルミニウム含有層であるｐ型多層反射膜４７と、キャップ層４８とを４００℃以上６５０℃以下の比較的低い温度で形成するようにしたので、ｐ型多層反射膜４７およびキャップ層４８を成長させる際に活性層４４の井戸層の結晶品質が高温により劣化することを抑制し、発光特性を向上させることができる。従って、この半導体レーザ４０を用いた光学モジュール１００においても、性能が向上する。
【実施例】
【００７２】
更に、本発明の具体的な実施例について説明する。
【００７３】
（実施例１）
上記第１の実施の形態と同様にして、半導体レーザを作製した。その際、ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９を、成長温度を６００℃とし、Ｖ族原料としてＴＢＡｓを用いて形成し、そののち、窒素雰囲気中で６００℃、２ｍｉｎのアニールを行った。得られた半導体レーザについて、ＰＬ波長およびＰＬ強度を計測した。その結果を図５および図６にそれぞれ示す。
【００７４】
（実施例２）
ｐ型第１クラッド層ないしキャップ層を、成長温度を６５０℃とし、Ｖ族原料としてアルシンを用いたことを除いては、実施例１と同様にして半導体レーザを作製した。得られた実施例２の半導体レーザについても、実施例１と同様にしてＰＬ波長およびＰＬ強度を計測した。その結果を図５および図６に併せて示す。
【００７５】
（比較例）  
ｐ型第１クラッド層ないしキャップ層を、成長温度を７００℃とし、Ｖ族原料としてアルシンを用いたことを除いては、実施例１と同様にして半導体レーザを作製した。得られた比較例の半導体レーザについても、実施例１と同様にしてＰＬ波長およびＰＬ強度を計測した。その結果を図５および図６に併せて示す。
【００７６】
図５および図６から分かるように、実施例１，２によれば、比較例に比べてＰＬ波長およびＰＬ強度ともに良好な結果が得られた。これに対して、比較例では、ＰＬ波長が大幅に短波化し、ＰＬ強度も低下してしまっていた。これは、比較例では、ｐ型第１クラッド層ないしキャップ層の成長工程における成長温度が７００℃と高かったため、活性層に対するアニール効果によりＰＬ波長が短波化したためであると考えられる。また、ＰＬ強度については、通常長波化するためには窒素（Ｎ）組成を増やす必要があるためＰＬ強度は低下する。つまり、実施例１のＰＬ波長を比較例に合わせると、実施例１のＰＬ波長は強くなる。これは、比較例では井戸層を構成するＧａＩｎＮＡｓ混晶の結晶品質が劣化したことを示していると考えられる。
【００７７】
すなわち、アルミニウム含有層であるｐ型第１クラッド層１６およびｐ型第２クラッド層１８と、エッチングストップ層１７と、キャップ層１９とを６００℃ないし６５０℃という比較的低い成長温度で形成するようにすれば、ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９を成長させる際に活性層１４の井戸層１４Ａ，１４Ｃの結晶品質が高温により劣化することを抑制し、ＰＬ波長の短波化を防ぎ、ＰＬ強度を向上させることができることが分かった。
【００７８】
更に、実施例２では、実施例１に比べてＰＬ波長が若干短波化していた。これは、実施例２では、ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９の成長工程における成長温度が６５０℃とやや高かったため、活性層１４に対するアニール効果によりＰＬ波長が短波化したためであると考えられる。すなわち、ｐ型第１クラッド層１６ないしキャップ層１９を６００℃近辺の低い成長温度で形成するようにすれば、ＰＬ波長の短波化をより効果的に抑制することができ、長波化に有利であることが分かった。
【００７９】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例において説明した各層の材料および厚さ、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚さとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
【００８０】
また、例えば、上記実施の形態および実施例では、半導体レーザの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。  
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明による半導体発光素子およびその製造方法は、例えば、光ファイバ通信あるいは光配線の光源などとして用いられる通信用レーザおよびその製造に好適である。また、本発明による光学モジュールは、低コストなシステムを構成することができるので、民生機器への応用も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。
【図２】Ｖ／ＩＩＩ比とｐ型Ａｌ0.47Ｇａ0.53Ａｓ混晶のキャリア濃度との関係を調べた実験結果を表す図である。
【図３】図１に示した半導体レーザを備えた光学モジュールの構成を模式的に表す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザの構成を表す断面図である。
【図５】本発明の実施例および比較例の結果を表す図である。
【図６】本発明の実施例および比較例の結果を表す図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０，４０…半導体レーザ、１１，４１…基板、１２…ｎ型クラッド層、１３…第１ガイド層、１４，４４…活性層（窒素含有層）、１５…第２ガイド層、１６…ｐ型第１クラッド層（アルミニウム含有層）、１７…エッチングストップ層、１８…ｐ型第２クラッド層（アルミニウム含有層）、１９，４８…キャップ層、２０，４９…絶縁膜、３１，５１…ｐ側電極、３２，５２…ｎ側電極、４２…ｎ型多層反射膜、４３…第１ガイド層、４５…第２ガイド層、４６…電流狭窄層、４７…ｐ型多層反射膜（アルミニウム含有層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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