專利名稱：半導(dǎo)體發(fā)光器件、其制造方法和光模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光器件、制造該半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法和一種光模塊，在該半導(dǎo)體發(fā)光器件中有源層包括由至少包含鎵(Ga)、砷(As)、和氮(N)的化合物半導(dǎo)體制成的阱層。
背景技術(shù)：
近年來，由于信息量的增大和通信速度的提高，因此對(duì)使用光纖的光通信提出了持續(xù)的需求。因此，已經(jīng)積極開展了用于1.3μm波段或1.5μm波段(在這些波段中光纖的傳輸損耗低)光通信的發(fā)光器件的開發(fā)。在傳統(tǒng)上，主要是利用InP襯底由GaInAsP材料制造的發(fā)光器件。不過，當(dāng)使用InP襯底時(shí)，有一個(gè)缺點(diǎn)，即成本高昂，因?yàn)橐r底昂貴，而且由于溫度特性差在制造期間需要冷卻系統(tǒng)。
因此，有人提出了使用GaNAs材料在GaAs襯底上制造發(fā)光器件以取代前述的發(fā)光器件(例如，參見日本未審專利申請(qǐng)公開No.H06-37355)。當(dāng)如上所述使用GaAs襯底時(shí)，襯底并不昂貴，而且溫度特性優(yōu)越(例如，參見“Japan Journal of Applied Physics”，2000，6A，p.39)，因此不需要冷卻系統(tǒng)，從而使得成本降低。

發(fā)明內(nèi)容
不過，有一個(gè)缺點(diǎn)，即當(dāng)使用GaNAs材料時(shí)，難以形成良好的晶體且壽命短。
鑒于這樣的缺點(diǎn)，在本發(fā)明中，希望提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)壽命的半導(dǎo)體發(fā)光器件，一種制造該半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法和一種使用其的光模塊。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中有源層具有由至少含有鎵(Ga)、砷(As)和氮(N)的化合物半導(dǎo)體制成的阱層，所述有源層中的氫(H)的雜質(zhì)濃度為3×1019cm-3或更小，且所述有源層中的鋁(Al)的雜質(zhì)濃度為1×1018cm-3或更小，或者所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度為1.5×1018cm-3或更小，且所述有源層中的鋁的雜質(zhì)濃度為4×1018cm-3或更小。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種制造半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法，其中有源層具有由至少含有鎵、砷和氮的化合物半導(dǎo)體制成的阱層，其中在形成所述有源層時(shí)將有機(jī)氮化合物用作氮的原材料，所述有機(jī)氮化合物的流量為135cm3/min或更小，因此所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度變成3×1019cm-3或更小。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種包括半導(dǎo)體發(fā)光器件的光模塊，其中在所述半導(dǎo)體發(fā)光器件中，有源層具有由至少含有鎵、砷和氮的化合物半導(dǎo)體制成的阱層，所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度為3×1019cm-3或更小，且所述有源層中的鋁(Al)的雜質(zhì)濃度為1×1018cm-3或更小，或者所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度為1.5×1018cm-3或更小，且所述有源層中的鋁的雜質(zhì)濃度為4×1018cm-3或更小。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件和光模塊，所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度為3×1019cm-3或更小，且所述有源層中的鋁的雜質(zhì)濃度為1×1018cm-3或更小，或者所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度為1.5×1018cm-3或更小，且所述有源層中的鋁的雜質(zhì)濃度為4×1018cm-3或更小。因此，可以延長(zhǎng)壽命，例如，工作電流增加到(is increased up to)初始電流的50％或更多所耗的時(shí)間為1000小時(shí)或更多。
特別地，當(dāng)所述有源層中的勢(shì)壘層的每一層的厚度在1nm到8nm的范圍內(nèi)時(shí)，可以進(jìn)一步延長(zhǎng)壽命。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件制造方法，在形成所述有源層時(shí)將有機(jī)氮化合物用作氮的原材料，所述有機(jī)氮化合物的流量為135cm3/min或更小，因此所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度可以為3×1019cm-3或更小。
從以下描述可以更充分地看到本發(fā)明的其他和進(jìn)一步的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光二極管的結(jié)構(gòu)的截面；圖2是示出圖1所示的有源層中的氫濃度和壽命之間的關(guān)系的特性圖；
圖3是示出圖1所示的有源層中的鋁濃度和壽命之間的關(guān)系的特性圖；圖4是示出圖1所示的有源層中的氫濃度和發(fā)光強(qiáng)度之間的關(guān)系的特性圖；圖5是示出圖1所示的勢(shì)壘層的厚度和壽命之間的關(guān)系的特性圖；圖6為示出形成圖1所示的阱層時(shí)二甲基肼的流量和阱層中的氫濃度之間的關(guān)系的特性圖；圖7為示出形成圖1所示的有源層時(shí)的生長(zhǎng)溫度和有源層中的氫濃度之間的關(guān)系的特性圖；圖8為示出包括圖1所示的激光二極管的光模塊的結(jié)構(gòu)模型的圖；以及圖9為示出本發(fā)明的另一激光二極管的結(jié)構(gòu)的截面。
具體實(shí)施例方式
將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
(半導(dǎo)體發(fā)光器件)圖1示出了激光二極管10的截面結(jié)構(gòu)，該激光二極管10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體發(fā)光器件。激光二極管10是長(zhǎng)波長(zhǎng)激光器，其具有用于通信等的1.1μm到1.5μm的振蕩波長(zhǎng)。例如，激光二極管10具有這樣的結(jié)構(gòu)在襯底11的觀察側(cè)(observe side)上，從襯底11一側(cè)開始依次層疊有第一覆層12、第一波導(dǎo)層13、有源層14、第二波導(dǎo)層15、第二覆層16、蝕刻停止層17、第三覆層18和接觸層19。蝕刻停止層17、第三覆層18和接觸層19制成窄條形脊，在脊的兩側(cè)上均形成由二氧化硅(SiO2)等制成的絕緣層20。
襯底11具有例如約450μm的層積方向上的厚度(以下簡(jiǎn)稱為厚度)，且由摻有諸如硅(Si)和硒(Se)的n型雜質(zhì)的n型GaAs制成。第一覆層12例如約為2μm厚，且由摻有諸如硅和硒的n型雜質(zhì)的n型Al0.47Ga0.53As混晶制成。第一波導(dǎo)層13例如約為100nm厚，且由非摻雜GaAs制成。
有源層14具有多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)，其中在阱層14A之間形成勢(shì)壘層14B。盡管在圖1中示出了阱層14A的數(shù)量為兩層的雙量子阱結(jié)構(gòu)的情形，但是可以層疊三層或更多層。此外，盡管未示出，可以通過其中僅存在阱層14A的單量子阱(SQW)結(jié)構(gòu)構(gòu)造有源層14。
阱層14A起到發(fā)光層的作用。對(duì)應(yīng)于接觸層19的區(qū)域，即對(duì)應(yīng)于設(shè)有接觸層19的脊的區(qū)域成為發(fā)光部分。阱層14A例如由至少含有長(zhǎng)周期周期表中的13族元素鎵和長(zhǎng)周期周期表中的15族元素砷和氮的化合物半導(dǎo)體制成。該化合物半導(dǎo)體可以進(jìn)一步含有13族元素銦(In)。該化合物半導(dǎo)體可以進(jìn)一步包括15族元素銻(Sb)。即，阱層14A優(yōu)選由例如Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz混晶(0≤x＜1，0＜y＜1，0≤z＜1且0＜y+z＜1)制成。阱層14A的組分視目標(biāo)發(fā)光波長(zhǎng)調(diào)節(jié)。
勢(shì)壘層14B例如由GaAs或含有GaAs和氮的化合物半導(dǎo)體制成。即，勢(shì)壘層14B例如由GaNvAs1-v混晶(0≤v＜1)制成。
在該實(shí)施例中，有源層14中的氫雜質(zhì)濃度為3×1019cm-3或更小，有源層14中的鋁雜質(zhì)濃度為1×1018cm-3或更小?；蛘?，有源層14中的氫雜質(zhì)濃度為1.5×1018cm-3或更小，有源層14中的鋁雜質(zhì)濃度為4×1018cm-3或更小。由此可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)的壽命。在制造步驟中由于原材料等分解容易引入氫和鋁作為雜質(zhì)。如果其雜質(zhì)濃度高，結(jié)晶度就被降低，從而導(dǎo)致特性降低，壽命縮短。
圖2示出了有源層14中的氫濃度與壽命的關(guān)系。圖3示出了有源層14中的鋁濃度與壽命的關(guān)系。圖2和圖3為通過MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)方法在多種制造條件下制造具有圖1所示結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的情形下的特性圖。通過在形成有源層14時(shí)改變作為氮源的有機(jī)氮化合物的流量改變氫濃度。通過在形成有源層14之前執(zhí)行除去鋁的步驟改變鋁濃度。在圖2和3中，由黑色圓圈表示的情形有除去鋁的步驟，而由黑色方塊表示的情形沒有除去鋁的步驟。
通過SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry，二次離子質(zhì)譜測(cè)定法)方法測(cè)量氫濃度和鋁濃度。對(duì)于壽命而言，執(zhí)行APC(自動(dòng)功率控制)穩(wěn)定性測(cè)試，在該測(cè)試中在25攝氏度的環(huán)境下將光功率保持在1mW，并測(cè)量工作電流升高到初始工作電流的50％或更大所耗的時(shí)間。用做實(shí)際應(yīng)用目標(biāo)的壽命約為1000小時(shí)。
如圖2所示，分別對(duì)于黑色圓圈和黑色方塊所表示的情形而言，隨著氫濃度變低，壽命趨向于變長(zhǎng)。不過，對(duì)于由黑色方塊所表示的情形，即使在氫濃度低時(shí)，壽命仍然短于由黑色圓圈所表示的情形。此外，如圖3所示，對(duì)于有去除鋁的步驟的由黑色圓圈表示的情形，鋁濃度是低的。不過，對(duì)于沒有去除鋁的步驟的由黑色方塊表示的情形，鋁濃度高且壽命短。亦即，考慮到圖2和圖3，發(fā)現(xiàn)為了獲得1000小時(shí)或更長(zhǎng)的壽命，氫濃度應(yīng)當(dāng)為3×1019cm-3或更低，鋁濃度應(yīng)當(dāng)為1×1018cm-3或更低。
此外，在由黑色方塊表示的情形中，對(duì)于氫濃度極低，低到1.5×1018cm-3或更小的情形，可以獲得1000小時(shí)或更長(zhǎng)的壽命。亦即，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氫濃度極低，低到1.5×1018cm-3或更小時(shí)，鋁濃度不一定要為1×1018cm-3或更小，而是可以約為4×1018cm-3或更小。
圖4示出了圖2和3所示的半導(dǎo)體發(fā)光器件中的有源層14的氫濃度和發(fā)光強(qiáng)度之間的關(guān)系。如圖所示，與壽命不同，發(fā)光強(qiáng)度隨著氫濃度變低而趨向于變低。亦即，發(fā)現(xiàn)如果簡(jiǎn)單地降低氫濃度，結(jié)晶度得到提高，發(fā)光強(qiáng)度得到增大，且壽命得以延長(zhǎng)。發(fā)現(xiàn)在氫濃度、鋁濃度和壽命之間有著特定的關(guān)系。
視目標(biāo)發(fā)光波長(zhǎng)調(diào)節(jié)阱層14A的厚度，例如優(yōu)選為10nm或更大。當(dāng)增大阱層14A的厚度時(shí)，阱層14A中的量子限制效應(yīng)得以減小且波長(zhǎng)變長(zhǎng)，因此能夠減少長(zhǎng)波長(zhǎng)所需的氮含量。結(jié)果，可以減小作為氮原材料的有機(jī)氮化合物的流量，且可以減小通過其分解生成的氫和引入阱層14A中的氫的量。
勢(shì)壘層14B的每一層的厚度優(yōu)選在1nm到8nm的范圍中。圖5示出了勢(shì)壘層14B的每一層的厚度和壽命之間的關(guān)系。該圖為改變具有圖1所示結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件中勢(shì)壘層14B的厚度的情況下的特性圖。對(duì)于壽命而言，如上所述，執(zhí)行APC可靠性測(cè)試，其中在25攝氏度的環(huán)境下將光強(qiáng)度保持在1mW，且測(cè)量工作電流增大到初始工作電流的50％或更大所耗的時(shí)間。如圖5所示，有著這樣的趨勢(shì)隨著勢(shì)壘層14B的厚度增加，壽命變長(zhǎng)，表現(xiàn)出最大值，然后變短。發(fā)現(xiàn)勢(shì)壘層14B的厚度優(yōu)選在1nm到8nm的范圍中。
第二波導(dǎo)層15例如約為100nm厚，且由非摻雜GaAs制成。第二履層16例如約為200nm厚，且由摻有諸如鋅(Zn)的p型雜質(zhì)的p型Al0.47Ga0.53As混晶制成。蝕刻停止層17例如約為30nm厚，且由摻有諸如鋅的p型雜質(zhì)的p型GaAs制成。第三履層18例如約為1.3μm厚，且由摻有諸如鋅的p型雜質(zhì)的p型Al0.47Ga0.53As混晶制成。接觸層19旨在獲得與后面所述的p側(cè)電極之間的歐姆結(jié)。接觸層19例如約為300nm厚，且由摻有諸如鋅的高濃度p型雜質(zhì)的p型GaAs制成。
激光二極管10在襯底11的背側(cè)具有n側(cè)電極21。n側(cè)電極21例如具有這樣的結(jié)構(gòu)從襯底11一側(cè)依次層疊金(Au)層、金和鍺(Ge)的合金層以及金層并通過熱處理使層疊結(jié)構(gòu)合金化。n側(cè)電極21電連接到第一履層12，其間為襯底11。同時(shí)，在接觸層19上提供p側(cè)電極22。p側(cè)電極22例如具有這樣的結(jié)構(gòu)從接觸層19一側(cè)依次層疊鈦(Ti)層、鉑(Pt)層和金層并通過熱處理使層疊結(jié)構(gòu)合金化。p側(cè)電極22電連接到接觸層19。
在激光二極管10中，例如在接觸層19的長(zhǎng)度方向的彼此相對(duì)的一對(duì)側(cè)面是一對(duì)諧振腔端面。在該對(duì)諧振腔端面上，分別形成一對(duì)未示出的反射器膜。將該對(duì)反射器膜中的一個(gè)反射器膜的反射率調(diào)節(jié)為低的，將另一個(gè)反射器膜的反射率調(diào)節(jié)為高的。例如，該反射器膜優(yōu)選地由其中層疊了介質(zhì)膜的多層膜形成，因?yàn)槟軌蜃杂傻卣{(diào)節(jié)反射率。例如，將一個(gè)反射器端面的反射率調(diào)節(jié)為約50％，將另一個(gè)反射器端面的反射率調(diào)節(jié)為約98％。因此，產(chǎn)生于有源層14中的光在該對(duì)反射器膜之間傳輸并被放大，而且作為激光束從一個(gè)反射器膜發(fā)出。
例如，可以如下制造激光二極管10。
首先，例如在通過例如MOCVD方法由前述材料制成的具有前述厚度的襯底11的觀察側(cè)上，依次堆疊分別具有前述厚度且由前述材料制成的第一覆層12、第一波導(dǎo)層13、有源層14、第二波導(dǎo)層15、第二覆層16、蝕刻停止層17、第三覆層18和接觸層19。然后，使用三甲基鎵、三乙基鎵等作為鎵的原材料。使用三甲基鋁、三乙基鋁等作為鋁的原材料。使用三甲基銦、三乙基銦等作為銦的原材料。使用胂、叔丁基胂等作為砷的原材料。使用二甲基脛、一甲基脛、叔丁基脛等作為氮的原材料。使用三甲基銻、二甲基叔丁基銻等作為銻的原材料。
在生長(zhǎng)有源層14時(shí)，如果使用前述的有機(jī)氮化合物作為氮的原材料，容易將原材料分解所產(chǎn)生的氫引入有源層14中，有源層14中的氫濃度變高。因此，在生長(zhǎng)阱層14A的時(shí)候，有機(jī)氮化合物的流量?jī)?yōu)選大于0cm3/min且小于或等于135cm3/min。這同樣適用于勢(shì)壘層14B。當(dāng)勢(shì)壘層14B中要含有氮時(shí)，有機(jī)氮化合物的流量?jī)?yōu)選大于0cm3/min且小于或等于135cm3/min。因此引入有源層14中的氫的量可能會(huì)較小。根據(jù)阱層14A和勢(shì)壘層14B中所含氮的量調(diào)節(jié)有機(jī)氮化合物的流量。當(dāng)勢(shì)壘層14B中不含氮時(shí)，有機(jī)氮化合物的流量為0cm3/min。
圖6示出了在形成阱層14A時(shí)使用三甲基脛作為氮的原材料的情況下，三甲基脛的流量和阱層14A中的氫濃度之間的關(guān)系。如圖6所示，當(dāng)三甲基脛的流量為135cm3/min或更少時(shí)，阱層14A中的氫雜質(zhì)濃度可以是3×1019cm-3或更小。
此外，形成有源層14時(shí)的生長(zhǎng)溫度優(yōu)選在例如從400攝氏度到700攝氏度的范圍內(nèi)。當(dāng)生長(zhǎng)溫度低時(shí)，不能獲得好的結(jié)晶度。同時(shí)，當(dāng)生長(zhǎng)溫度高時(shí)，加速了氮的脫附(desorption)，降低了氮引入有源層14中的效率。不過，優(yōu)選更高的生長(zhǎng)溫度，因?yàn)榭梢越档蜌涞奈樟俊D7示出了生長(zhǎng)有源層14時(shí)的生長(zhǎng)溫度和有源層14中的氫濃度之間的關(guān)系。如圖7所示，隨著生長(zhǎng)溫度變高，氫濃度降低。因此，形成有源層14時(shí)的生長(zhǎng)溫度優(yōu)選在例如從500攝氏度到600攝氏度的范圍中。
此外，優(yōu)選在生長(zhǎng)有源層14之前執(zhí)行去除鋁的步驟，在該步驟中將與鋁反應(yīng)的氣體通入。由此可以除去反應(yīng)室內(nèi)保留的作為未附著物質(zhì)的鋁，且有源層14中的鋁雜質(zhì)濃度可以為1×1018cm-3或更低。這如以上參考圖3所述的那樣。作為與鋁反應(yīng)的氣體，可以提到二甲基肼、氨、利用等離子體分解氮獲得的氮基團(tuán)(nitrogen radical)等?？梢曰旌鲜褂闷鋬煞N或更多種。
在生長(zhǎng)有源層14之前有生長(zhǎng)含鋁層(例如第一覆層12)的步驟的情況下，去除鋁的步驟可以在生長(zhǎng)含鋁層之后、在生長(zhǎng)有源層14之前執(zhí)行。例如，可以在生長(zhǎng)第一覆層12之后，在生長(zhǎng)第一波導(dǎo)層13之前執(zhí)行去除鋁的步驟?；蛘?，可以在形成第一波導(dǎo)層13的步驟的同時(shí)執(zhí)行去除鋁的步驟?；蛘?，可以在生長(zhǎng)第一波導(dǎo)層13之后，在生長(zhǎng)有源層14之前執(zhí)行去除鋁的步驟。
當(dāng)在生長(zhǎng)第一覆層12之后、在生長(zhǎng)第一波導(dǎo)層13之前執(zhí)行去除鋁的步驟時(shí)，或者當(dāng)在生長(zhǎng)第一波導(dǎo)層13之后、在生長(zhǎng)有源層14之前執(zhí)行去除鋁的步驟時(shí)，優(yōu)選在停止供應(yīng)13族元素的原材料的狀態(tài)下與15族元素的原材料一起供應(yīng)與鋁反應(yīng)的氣體。由此防止新的含有13族元素的反應(yīng)產(chǎn)物被粘附。
在如上生長(zhǎng)了每個(gè)半導(dǎo)體層之后，例如通過蝕刻，選擇性地去除蝕刻停止層17、第三覆層18和接觸層19的部分并制成窄條形脊。在將蝕刻停止層17、第三覆層18和接觸層19制成窄條形脊之后，通過例如CVD(化學(xué)氣相淀積)方法在脊的兩側(cè)上形成由前述材料制成的絕緣層20。
在形成絕緣層20之后，例如，研磨襯底11的背側(cè)以將襯底11的厚度調(diào)節(jié)到大約10μm的程度，并在襯底11的背側(cè)上形成n側(cè)電極21。此外，在絕緣層20中，例如通過蝕刻對(duì)應(yīng)于接觸層19提供孔(aperture)，并在接觸層19和絕緣層20上形成p側(cè)電極22。在形成n側(cè)電極21和p側(cè)電極22之后，將襯底11調(diào)節(jié)至給定尺寸，并在接觸層19的長(zhǎng)度方向上彼此相對(duì)的該對(duì)諧振腔端面上形成未示出的反射器膜。由此形成了圖1所示的激光二極管10。
在激光二極管10中，當(dāng)在n側(cè)電極21和p側(cè)電極22之間施加給定電壓時(shí)，被接觸層19、第三覆層18和蝕刻停止層17所限制的電流被注入到有源層14，并在阱層14A中產(chǎn)生由電子空穴復(fù)合導(dǎo)致的光發(fā)射。這里，由于有源層14中的氫和鋁的雜質(zhì)濃度在給定范圍內(nèi)，因此抑制了工作電流的增加且壽命得到延長(zhǎng)。
(光模塊)圖8示出了一種包括前述激光二極管10的光模塊的配置例的示意圖。光模塊100被用作例如FEM(前端模塊)，用于快速光通信系統(tǒng)中光信號(hào)和電信號(hào)之間的變換。光模塊100包括基板101上的發(fā)射機(jī)110和接收機(jī)120。光纖130和140通過未示出的連接器分別連接到發(fā)射機(jī)110和接收機(jī)120。
發(fā)射機(jī)110例如具有前述的激光二極管10和用于驅(qū)動(dòng)激光二極管10的驅(qū)動(dòng)器112。作為驅(qū)動(dòng)器112，可以使用公知的驅(qū)動(dòng)IC(集成電路)。
接收機(jī)120是一般的接收機(jī)，例如包括光電轉(zhuǎn)換器件(光電二極管)121和諸如TIA(Trans Impedance Amplifier，互阻抗放大器)和LIA(LimitingImpedance Amplifier，限阻抗放大器)的放大器122。
在光模塊100中，在發(fā)射機(jī)110中，基于從外部提供的電信號(hào)S1由驅(qū)動(dòng)器112驅(qū)動(dòng)激光二極管10并通過光纖130傳輸光信號(hào)P1。在接收機(jī)120中，通過光纖140提供的光信號(hào)P2到達(dá)光電轉(zhuǎn)換器件121并被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，電信號(hào)被放大器122放大，被進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)換處理并作為電信號(hào)S2被輸出到外部。這里，由于光模塊100包括根據(jù)本實(shí)施例的激光二極管10，因此即使長(zhǎng)時(shí)間使用，也抑制了工作電流增大，使長(zhǎng)時(shí)間使用成為可能并且實(shí)現(xiàn)了低的電功率。
如上，根據(jù)本實(shí)施例，有源層14中的氫和鋁的雜質(zhì)濃度在給定范圍內(nèi)。因此，可以抑制工作電流增大并可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命，例如，工作電流增加到初始工作電流的50％或更多所耗的時(shí)間為1000小時(shí)或更多。
特別地，當(dāng)有源層14中的勢(shì)壘層14B的每一層的厚度在1nm到8nm的范圍中時(shí)，可以進(jìn)一步延長(zhǎng)壽命。
此外，如果在形成有源層14時(shí)作為氮的原材料的有機(jī)氮化合物的流量為135cm3/min或更小，有源層14中的氫雜質(zhì)濃度可以是3×1019cn-3或更小。因此，可以容易地制造根據(jù)本實(shí)施例的激光二極管。
上文已經(jīng)參考實(shí)施例給出了本發(fā)明的描述。不過，本發(fā)明不限于前述實(shí)施例，可以做出多種改進(jìn)。例如，在前述實(shí)施例中，利用特定示例描述了構(gòu)成激光二極管10的半導(dǎo)體材料。不過，可以使用其他材料。此外，在前述實(shí)施例中，描述的是使用由GaAs制成的襯底11的情況。不過，可以使用由諸如InP的其他材料制成的襯底。
此外，盡管在前述實(shí)施例中將邊發(fā)光激光二極管作為例子進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明可以類似地應(yīng)用到垂直腔面發(fā)光激光二極管。圖9示出了其結(jié)構(gòu)示例。在激光二極管30中，例如在由n型GaAs制成的襯底31的觀察側(cè)，依次層疊n型多層反射器膜32(其中交替層疊n型Al0.9Ga0.1As混晶層和n型GaAs層)、由非摻雜GaAs制成的第一波導(dǎo)層33、有源層34、由非摻雜GaAs制成的第二波導(dǎo)層35、p型多層反射器膜36(其中交替層疊p型Al0.9Ga0.1As混晶層和p型GaAs層)和由p型GaAs制成的接觸層37，并在第二波導(dǎo)層35中提供由AlAs氧化物層制成的電流限制層38。在接觸層37上，通過提供于絕緣層39中的孔提供p側(cè)電極40。在襯底31的背側(cè)上，提供n側(cè)電極41。有源層34的結(jié)構(gòu)類似于在前述實(shí)施例中所描述的有源層14。
此外，在前述實(shí)施例中，描述了通過MOCVD方法形成每個(gè)半導(dǎo)體層的情況。不過，本發(fā)明可以類似地適用于使用氣體作為15族元素的原材料通過其他方法形成每個(gè)半導(dǎo)體層的情況。作為其他方法，可以提到的是CBE(化學(xué)束外延)方法。
此外，在前述實(shí)施例中，描述了光模塊的配置例。不過，光模塊可以具有其他配置。例如，光模塊可以僅由發(fā)射機(jī)110構(gòu)成。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在權(quán)利要求或其等價(jià)要件的范圍之內(nèi)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素做出多種改進(jìn)、組合、子組合和變化。
本發(fā)明包含于2005年2月18日提交到日本專利局的日本專利申請(qǐng)JP2005-042771的相關(guān)主題，在此將其全部?jī)?nèi)容引入以作參考。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中有源層具有由至少含有鎵、砷和氮的化合物半導(dǎo)體制成的阱層，其中所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度為3×1019cm-3或更小，且所述有源層中的鋁的雜質(zhì)濃度為1×1018cm-3或更小，或者所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度為1.5×1018cm-3或更小，且所述有源層中的鋁的雜質(zhì)濃度為4×1018cm-3或更小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述有源層具有包括由Ga1-xInxNyAs1-y-zSbz混晶(0≤x＜1，0＜y＜1，0≤z＜1，且0＜y+z＜1)制成的阱層的單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其中所述有源層具有包括阱層和勢(shì)壘層的多量子阱結(jié)構(gòu)，且所述勢(shì)壘層的每一層的厚度在1nm到8nm的范圍內(nèi)。
4.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，在所述半導(dǎo)體發(fā)光器件中有源層具有由至少含有鎵、砷和氮的化合物半導(dǎo)體制成的阱層，其中在形成所述有源層時(shí)將有機(jī)氮化合物用作氮的原材料，所述有機(jī)氮化合物的流量為135cm3/min或更小，因此所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度變成3×1019cm-3或更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其中使用選自由二甲基肼、一甲基肼和叔丁基肼構(gòu)成的組中的至少一種作為氮的原材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其中在形成所述有源層之前，通入與鋁反應(yīng)的氣體，因此所述有源層中的鋁的雜質(zhì)濃度變成1×1018cm3或更小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其中使用選自由二甲基肼、氨和氮基團(tuán)構(gòu)成的組的至少一種作為與鋁反應(yīng)的氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造方法，其中在停止供應(yīng)13族元素的原材料的狀態(tài)下與15族元素的原材料一起供應(yīng)與鋁反應(yīng)的所述氣體。
9.一種包括半導(dǎo)體發(fā)光器件的光模塊，其中在所述半導(dǎo)體發(fā)光器件中，有源層具有由至少含有鎵、砷和氮的化合物半導(dǎo)體制成的阱層，所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度為3×1019cm-3或更小，且所述有源層中的鋁的雜質(zhì)濃度為1×1018cm-3或更小，或者所述有源層中的氫的雜質(zhì)濃度為1.5×1018cm-3或更小，且所述有源層中的鋁的雜質(zhì)濃度為4×1018cm-3或更小。
全文摘要
提供了一種能夠?qū)崿F(xiàn)長(zhǎng)壽命的半導(dǎo)體發(fā)光器件，一種制造該半導(dǎo)體發(fā)光器件的方法和一種使用該半導(dǎo)體發(fā)光器件的光模塊。所述半導(dǎo)體發(fā)光器件具有有源層，其中層疊由Ga
文檔編號(hào)B82Y20/00GK1822406SQ20061000864
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月18日
發(fā)明者里泰雄, 御友重吾, 橫關(guān)彌樹博, 日野智公, 成井啟修 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社