JPH01186693A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JPH01186693A JPH01186693A JP63005809A JP580988A JPH01186693A JP H01186693 A JPH01186693 A JP H01186693A JP 63005809 A JP63005809 A JP 63005809A JP 580988 A JP580988 A JP 580988A JP H01186693 A JPH01186693 A JP H01186693A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は光通信分野、光情報処理分野に必要な部品で、
同一基板上に発光部、受光部および光導波路等を集積し
た光集積回路や多波長レーザアレイに代表される半導体
装置およびその作製に必要な製造方法に関する。
同一基板上に発光部、受光部および光導波路等を集積し
た光集積回路や多波長レーザアレイに代表される半導体
装置およびその作製に必要な製造方法に関する。
従来の技術
光通信分野において、発光素子、受光素子および光制御
素子は必要不可欠な部品である。これらの素子を同一基
板上に集積化した光集積回路は光中継器や光スィッチ等
の基本構成となり、性能。
素子は必要不可欠な部品である。これらの素子を同一基
板上に集積化した光集積回路は光中継器や光スィッチ等
の基本構成となり、性能。
信頼性向上の立場から非常に有利である。また近年盛ん
に行なわれている光多重通信では発振波長の異なる光源
（半導体レーザ）が必要で同一基板上に集積化した多波
長レーザアレイは重要となってくる。さらに光情報処理
の分野においても光ディスクやコンパクトディスク等の
光ピツクアップにはこのような構成の光集積回路の出現
が待ち望まれている。
に行なわれている光多重通信では発振波長の異なる光源
（半導体レーザ）が必要で同一基板上に集積化した多波
長レーザアレイは重要となってくる。さらに光情報処理
の分野においても光ディスクやコンパクトディスク等の
光ピツクアップにはこのような構成の光集積回路の出現
が待ち望まれている。
これらの集積化素子は用途により構造の差はあるが、基
本的に第８図に示す断面構造になっている。ここではＩ
ｎＰ／ＴｎＧａＡｇ Ｐ糸材料を用いた場合を示しであ
る。１はｎ−ＩｎＰ基板、２は光導波領域、３は発光領
域、４は受光領域を示す。６〜７はそれぞれＩｎＧａＡ
ｓ Ｐ層で５は光導波層、６は活性層、７は受光層であ
る。また８はＰ −ＩｎＰ層で各領域（２〜４）は分離
溝９で電気的に分離されている。光導波層６．活性層６
．受光層７は同一光軸上に形成され、かつ各層を構成す
るＩｎＧａＡｓＰ混晶のバンドギャップは光導波層のバ
ンドギャップは活性層のバンドギャップよシ大きく、受
光層のバンドギャップは活性層のバンドギャップより小
さくなければならない。このような構成により発光部２
よシ出射した光波２１．２２は受光層７゜光導波層６に
高い結合効率で入射され、光パワーのモニターおよび光
波の変調、スイッチ等の制御等複数の機能を有する光集
積回路を得ることができる。各領域を単体素子でハイブ
リッドで構成した場合に比べ、複雑な光学的アライメン
ト、を必要とせず、性能、信頼性の向上を得ることが可
能で、また素子の大幅な小型化を図ることができる。
本的に第８図に示す断面構造になっている。ここではＩ
ｎＰ／ＴｎＧａＡｇ Ｐ糸材料を用いた場合を示しであ
る。１はｎ−ＩｎＰ基板、２は光導波領域、３は発光領
域、４は受光領域を示す。６〜７はそれぞれＩｎＧａＡ
ｓ Ｐ層で５は光導波層、６は活性層、７は受光層であ
る。また８はＰ −ＩｎＰ層で各領域（２〜４）は分離
溝９で電気的に分離されている。光導波層６．活性層６
．受光層７は同一光軸上に形成され、かつ各層を構成す
るＩｎＧａＡｓＰ混晶のバンドギャップは光導波層のバ
ンドギャップは活性層のバンドギャップよシ大きく、受
光層のバンドギャップは活性層のバンドギャップより小
さくなければならない。このような構成により発光部２
よシ出射した光波２１．２２は受光層７゜光導波層６に
高い結合効率で入射され、光パワーのモニターおよび光
波の変調、スイッチ等の制御等複数の機能を有する光集
積回路を得ることができる。各領域を単体素子でハイブ
リッドで構成した場合に比べ、複雑な光学的アライメン
ト、を必要とせず、性能、信頼性の向上を得ることが可
能で、また素子の大幅な小型化を図ることができる。
発明が解決しようとする課題
しかしながら第８図に示すような同一平面上に異なるバ
ンドギャップのエピタキシャル層（６〜７）を得るには
、一般に各層は組成の異なるＩｎＧａＡｓＰ層でなけれ
ばならないので複数のエピタキシャル成長が必要となる
。例えばこの場合はまず発光部３を除いて絶縁膜でマス
クした状態でまず１回目の多層エピタキシャル成長を行
ない、次に受光部４を除いてマスクして２回目の成長、
さらに光制御部を除いてマスクして３回目の成長という
ように、計３回のエピタキシャル成長が必要であるばか
シでなく、これに付随した絶縁膜の堆積やフォトリング
ラフィ等の工程が複数回加わフ非常に複雑な製造プロセ
スを必要となる。さらにマスクされた基板上にエピタキ
シャル成長を行なう場合、境界域での異常成長が問題と
なシ各領域２〜４間での光波の結合効率を高めることが
できず、一体化によるメリットを損なうことになる。
ンドギャップのエピタキシャル層（６〜７）を得るには
、一般に各層は組成の異なるＩｎＧａＡｓＰ層でなけれ
ばならないので複数のエピタキシャル成長が必要となる
。例えばこの場合はまず発光部３を除いて絶縁膜でマス
クした状態でまず１回目の多層エピタキシャル成長を行
ない、次に受光部４を除いてマスクして２回目の成長、
さらに光制御部を除いてマスクして３回目の成長という
ように、計３回のエピタキシャル成長が必要であるばか
シでなく、これに付随した絶縁膜の堆積やフォトリング
ラフィ等の工程が複数回加わフ非常に複雑な製造プロセ
スを必要となる。さらにマスクされた基板上にエピタキ
シャル成長を行なう場合、境界域での異常成長が問題と
なシ各領域２〜４間での光波の結合効率を高めることが
できず、一体化によるメリットを損なうことになる。
一方、近年光通信分野において、光多重通信が盛んに研
究開発されている。従って、発振波長の異なる半導体レ
ーザの要求がおき、さらに同一基板上に集積化した多波
長レーザアレイの研究開発も盛んになっている。従来よ
シ開発されてきた波長多重の半導体レーザは第９図のハ
イブリッド型と、第１０図のモノリシック型に大別され
る。第９図の構成はヒートシンク４ｏ上にこの場合は３
つの異なる発振波長を持つ半導体レーザ３２，３３゜３
４をマウントした波長多重レーザである。この素子の欠
点として、各素子それぞれ出射方向を揃える必要があり
組立実装にかなりの負担がかがる。
究開発されている。従って、発振波長の異なる半導体レ
ーザの要求がおき、さらに同一基板上に集積化した多波
長レーザアレイの研究開発も盛んになっている。従来よ
シ開発されてきた波長多重の半導体レーザは第９図のハ
イブリッド型と、第１０図のモノリシック型に大別され
る。第９図の構成はヒートシンク４ｏ上にこの場合は３
つの異なる発振波長を持つ半導体レーザ３２，３３゜３
４をマウントした波長多重レーザである。この素子の欠
点として、各素子それぞれ出射方向を揃える必要があり
組立実装にかなりの負担がかがる。
また、各素子の特性を揃える必要があるため歩留シが悪
いという問題がある。一方、第１０図のモノリシック型
の波長多重レーザの構造は同一の基板１上に各半導体レ
ーザ３６．３７．３８それぞれに禁止帯幅の異なる活性
層を有している。したがって、ハイブリッド型のものに
比べ複雑な光学的アライメントを必要とせず、性能なら
びに信頼性の向上が期待できる。しかしながら、各活性
層それぞれに結晶成長を行う必要があるため、そのプロ
セス工程は複雑でありその作製は困難を究める０ 以上のように、従来の光集積回路や波長多重型半導体レ
ーザは製造工程が複雑であるばかりでなく、桂能、信頼
性などの向上が得にくいと言う問題点があった。
いという問題がある。一方、第１０図のモノリシック型
の波長多重レーザの構造は同一の基板１上に各半導体レ
ーザ３６．３７．３８それぞれに禁止帯幅の異なる活性
層を有している。したがって、ハイブリッド型のものに
比べ複雑な光学的アライメントを必要とせず、性能なら
びに信頼性の向上が期待できる。しかしながら、各活性
層それぞれに結晶成長を行う必要があるため、そのプロ
セス工程は複雑でありその作製は困難を究める０ 以上のように、従来の光集積回路や波長多重型半導体レ
ーザは製造工程が複雑であるばかりでなく、桂能、信頼
性などの向上が得にくいと言う問題点があった。
本発明は、工程上有利な製造方法で多波長レーザあるい
は複合光集積回路を得ることを目的とする。
は複合光集積回路を得ることを目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は上述の課題を解決すべく、半導体基板上に幅の
翼なる第１．第２のメサストライプ領域を形成し、前記
第１．第２のメサストライプ上に、エピタキシャル成長
層よシなるＳＯＯÅ以下の超薄膜層を含むとともにバン
ドギャップの異なる第１、第２の量子井戸層を形成し、
前記第１．第２のメサストライプ上に前記第１．第２の
量子井戸層を含む異なる第１．第２の半導体領域を形成
したことを特徴とする半導体装置であり、幅の異なるメ
サストライプを複数の領域に形成した半導体基板上にエ
ピタキシャル成長法により少なくとも一層以上の厚さＳ
ＯＯÅ以下の超薄膜層を含む量子井戸層を形成する工程
を有する半導体装置の製造方法である。
翼なる第１．第２のメサストライプ領域を形成し、前記
第１．第２のメサストライプ上に、エピタキシャル成長
層よシなるＳＯＯÅ以下の超薄膜層を含むとともにバン
ドギャップの異なる第１、第２の量子井戸層を形成し、
前記第１．第２のメサストライプ上に前記第１．第２の
量子井戸層を含む異なる第１．第２の半導体領域を形成
したことを特徴とする半導体装置であり、幅の異なるメ
サストライプを複数の領域に形成した半導体基板上にエ
ピタキシャル成長法により少なくとも一層以上の厚さＳ
ＯＯÅ以下の超薄膜層を含む量子井戸層を形成する工程
を有する半導体装置の製造方法である。
作用
上述の手段により、−回のエピタキシャル成長で、基板
上の複数の領域にバンドギャップエネルギーの相異なる
成長層を同一平面上に形成することができ非常に容易に
光集積回路を作製できるとともに、各領域間での異常成
長がなく良好な光波の結合が行なわれ高性能、高信頼性
を有する光集積回路や、各領域で発振波長の異なる波長
多重型レーザを容易に実現できるものである０実施例 以下、本発明の実施例を従来例と同じ（ＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系材料を例に記載する。
上の複数の領域にバンドギャップエネルギーの相異なる
成長層を同一平面上に形成することができ非常に容易に
光集積回路を作製できるとともに、各領域間での異常成
長がなく良好な光波の結合が行なわれ高性能、高信頼性
を有する光集積回路や、各領域で発振波長の異なる波長
多重型レーザを容易に実現できるものである０実施例 以下、本発明の実施例を従来例と同じ（ＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系材料を例に記載する。
まず第１図は本発明の第１の実施例として光導波路と半
導体レーザと光導波路を一体化した外部変調器型レーザ
である。これは半導体レーザで構成される発光部３と光
導波路で構成される光変調部２から成っている。ここで
ｎ−ＩｎＰ基板１上には発光部３においては幅Ｗ、のメ
サストライプ１１が、光変調部２においては幅Ｗ２のメ
サストライプ１１′が形成されている０このようなメサ
ストライプ付基板は５ｉ０２等のマスクのパターニング
後Ｈｅ、５／Ｈ，ＰＯ４系エッチャントでエツチングし
たのちマスクを除去すれば容易に形成することができる
。ここでメサストライプ１１．１１’の段差の高さＨは
約２μｍである。このＩｎＰ基板１上に例えば液相エピ
タキシャル成長法（以下ＬＰＸ法）により ＩｎＧａＡ
ｓＰ井戸層１６ｂとＩｎＰ障壁層１６＆から成る多重量
子井戸構造（ＭＱＷ）を形成し、さらにＰ −ＩｎＰク
ラッド層（膜厚的２μｍ）を形成する。
導体レーザと光導波路を一体化した外部変調器型レーザ
である。これは半導体レーザで構成される発光部３と光
導波路で構成される光変調部２から成っている。ここで
ｎ−ＩｎＰ基板１上には発光部３においては幅Ｗ、のメ
サストライプ１１が、光変調部２においては幅Ｗ２のメ
サストライプ１１′が形成されている０このようなメサ
ストライプ付基板は５ｉ０２等のマスクのパターニング
後Ｈｅ、５／Ｈ，ＰＯ４系エッチャントでエツチングし
たのちマスクを除去すれば容易に形成することができる
。ここでメサストライプ１１．１１’の段差の高さＨは
約２μｍである。このＩｎＰ基板１上に例えば液相エピ
タキシャル成長法（以下ＬＰＸ法）により ＩｎＧａＡ
ｓＰ井戸層１６ｂとＩｎＰ障壁層１６＆から成る多重量
子井戸構造（ＭＱＷ）を形成し、さらにＰ −ＩｎＰク
ラッド層（膜厚的２μｍ）を形成する。
第２図はＬＰＫ法による多重量子井戸層作製法の概略を
示す成長ボートの断面構造図である。第１図に示すメサ
ストライプの形成されたｎ −ＩｎＰ基板１は成長ボー
トのスライダー５２にはめ込む。
示す成長ボートの断面構造図である。第１図に示すメサ
ストライプの形成されたｎ −ＩｎＰ基板１は成長ボー
トのスライダー５２にはめ込む。
ここで最初の状態では基板１はムの位置にある（第２図
（ａ））。次にスライダー２を右方５７ヘスライドし基
板１をメルトホルダー６３に収納された工ｎＰメルト５
６ 、５８’ 、 ＩｎＧａＡｓＰメルト６５に停止す
ることなく接触させ（第２図（ａ））、ＩｎＰメルト６
′の右側のＢ点で停止させる（第２図（Ｃ））。
（ａ））。次にスライダー２を右方５７ヘスライドし基
板１をメルトホルダー６３に収納された工ｎＰメルト５
６ 、５８’ 、 ＩｎＧａＡｓＰメルト６５に停止す
ることなく接触させ（第２図（ａ））、ＩｎＰメルト６
′の右側のＢ点で停止させる（第２図（Ｃ））。
さらにスライダー６２を反対方向６８へム点までスライ
ドして基板１を各メルト（５６，５６’、！５５）に接
触させ（第２図（ｄ））、第２図（＆）の状態に戻す。
ドして基板１を各メルト（５６，５６’、！５５）に接
触させ（第２図（ｄ））、第２図（＆）の状態に戻す。
この動作をくり返すことにより第１図（ｂ） 、 （０
）に示すようにメサストライプ付ＩｎＰ基板１上にＩｎ
ＧａＡ！ＩＰ井戸層１５１ＬとＩｎＰ障壁層１５ｂから
成る多重量子井戸層（ＭＱＷ層）１５が得られる０ここ
で単−量子井戸層の場合は第２図ｅ）から（Ｃ）までの
一方向のスライドのみの工程だけでよい０ 第１図（ｂ） 、 （０）はそれぞれ第１図（＆）にお
ける発光部断面五−ム′ 、光変調部所面Ｂ−Ｂ’であ
る。
）に示すようにメサストライプ付ＩｎＰ基板１上にＩｎ
ＧａＡ！ＩＰ井戸層１５１ＬとＩｎＰ障壁層１５ｂから
成る多重量子井戸層（ＭＱＷ層）１５が得られる０ここ
で単−量子井戸層の場合は第２図ｅ）から（Ｃ）までの
一方向のスライドのみの工程だけでよい０ 第１図（ｂ） 、 （０）はそれぞれ第１図（＆）にお
ける発光部断面五−ム′ 、光変調部所面Ｂ−Ｂ’であ
る。
ここで１はｎ −ＩｎＰ基板、１６はＩｎＧａムｓＰ／
ＩｎＰＭＱＷ層（１５ａ ＩｎＰ障壁層、 １ｓ ｂ
ＩｎＧａＡｇＰ井戸層）、８はＰ −ＩｎＰ層、１１．
１１’はメサストライプである。
ＩｎＰＭＱＷ層（１５ａ ＩｎＰ障壁層、 １ｓ ｂ
ＩｎＧａＡｇＰ井戸層）、８はＰ −ＩｎＰ層、１１．
１１’はメサストライプである。
ＬＰＫ法でこのようなメサ構造上にエピタキシャル成長
した場合、メサストライプ上の膜厚は通常の平坦部に成
長した場合より薄く、またストライプ１１．１１’の幅
に大きく依存することが判明した。
した場合、メサストライプ上の膜厚は通常の平坦部に成
長した場合より薄く、またストライプ１１．１１’の幅
に大きく依存することが判明した。
第３図にＩｎ。８Ｇａｏ２ムＳＯ，４６ＰＯ，５４井戸
層の膜厚とストライプ幅の関係を示す。ここで成長はス
ライド成長で行ない、成長温度５９０℃、スライドスピ
ード３０■／Ｓ、基板の幅は１０圏成長ボートのメルト
穴の幅は７ｍである。またメサの段差は１μｍである。
層の膜厚とストライプ幅の関係を示す。ここで成長はス
ライド成長で行ない、成長温度５９０℃、スライドスピ
ード３０■／Ｓ、基板の幅は１０圏成長ボートのメルト
穴の幅は７ｍである。またメサの段差は１μｍである。
第３図に示すように、メサストライプ上に形成されるＩ
ｎＧａＡｓＰ井戸層１５ｂの膜厚はメサストライプの幅
に大きく依存する。平坦部の膜厚（幅ＯＯ）は２００人
程蒸着あるのに対しストライプ幅が狭くなるにつれ膜厚
は減少し３μｍ以下になると全く成長しない。これはメ
サの段差部分へのメルト中の溶質の集中によりストライ
プ上のメルトの実効的過飽和度が減少するためである。
ｎＧａＡｓＰ井戸層１５ｂの膜厚はメサストライプの幅
に大きく依存する。平坦部の膜厚（幅ＯＯ）は２００人
程蒸着あるのに対しストライプ幅が狭くなるにつれ膜厚
は減少し３μｍ以下になると全く成長しない。これはメ
サの段差部分へのメルト中の溶質の集中によりストライ
プ上のメルトの実効的過飽和度が減少するためである。
このように幅３〜３０μｍの範囲でストライプ幅によっ
てエピタキシャル層の膜厚を制御することができること
になる。
てエピタキシャル層の膜厚を制御することができること
になる。
一方第４図はＩｎＧａＡＳＰ井戸層膜厚とバンドギャッ
プ波長の関係を示す。厚さ５００Å以上の通常のエピタ
キシャル層の場合膜厚の変化によってバンドギャップ波
長はほとんど変化しないが、” ５００Å以下の量子井
戸層を形成した場合は量子サイズ効果によりバンドギャ
ップ波長は井戸層厚の減少とともに短波側にシフトする
。発光部３のストライプ幅３０μｍ 、光変調部のスト
ライプ幅Ｗ２をｅ７ｚｍとした場合、第１図、第３図か
ら理解されるように井戸層１６ｂの膜厚は発光部３にお
いては２００人であるのに対し、光変調部２においては
５０人である。一方この時のＭＱＷ層１５のバンドギャ
ップ波長は前者で１．３μｍであるのに対し、後者では
１．２３μｍと７０ｎｍ程の差が′生じる。従って発光
部３から発した波長１．３μｍの光波は光変調部２にお
ける光導波層での吸収はほとんどなく、低損失で導波す
ることができる。
プ波長の関係を示す。厚さ５００Å以上の通常のエピタ
キシャル層の場合膜厚の変化によってバンドギャップ波
長はほとんど変化しないが、” ５００Å以下の量子井
戸層を形成した場合は量子サイズ効果によりバンドギャ
ップ波長は井戸層厚の減少とともに短波側にシフトする
。発光部３のストライプ幅３０μｍ 、光変調部のスト
ライプ幅Ｗ２をｅ７ｚｍとした場合、第１図、第３図か
ら理解されるように井戸層１６ｂの膜厚は発光部３にお
いては２００人であるのに対し、光変調部２においては
５０人である。一方この時のＭＱＷ層１５のバンドギャ
ップ波長は前者で１．３μｍであるのに対し、後者では
１．２３μｍと７０ｎｍ程の差が′生じる。従って発光
部３から発した波長１．３μｍの光波は光変調部２にお
ける光導波層での吸収はほとんどなく、低損失で導波す
ることができる。
またこのように形成された発光部３の活性層６と光変調
部２０光導波層６は同一エピタキシャル層で同一光軸上
にあるので光波の結合効率は８０％以上の高い値を得る
ことができ、軸ずれの不安定性の心配は全くない。
部２０光導波層６は同一エピタキシャル層で同一光軸上
にあるので光波の結合効率は８０％以上の高い値を得る
ことができ、軸ずれの不安定性の心配は全くない。
また発光部３には回折格子を形成して分布帰還型レーザ
構成することによりへき開面のいらない高品質のレーザ
光を得ることができる。さらに両領域間のｐ −ＩｎＰ
層８を分離エツチングすることによって光変調部２に独
立に電界印加もしくは電流注入を行なうことができ、電
気光学効果やキャリヤ注入効果および量子シュタルク効
果による吸収係数や屈折率変化を利用した光変調等の光
制御を行なうことができる。
構成することによりへき開面のいらない高品質のレーザ
光を得ることができる。さらに両領域間のｐ −ＩｎＰ
層８を分離エツチングすることによって光変調部２に独
立に電界印加もしくは電流注入を行なうことができ、電
気光学効果やキャリヤ注入効果および量子シュタルク効
果による吸収係数や屈折率変化を利用した光変調等の光
制御を行なうことができる。
このように本発明による光集積回路およびその製造法で
は非常に容易な方法で高性能、高機能の光集積回路を得
ることができる。
は非常に容易な方法で高性能、高機能の光集積回路を得
ることができる。
尚、第１の実施例においては、幅の異なる２つのメサス
トライプ領域によるＩ ｎＧ２ＬＡ！！ Ｐ ／ Ｉ
ｎ Ｐ 系外部変調器構造に示したが、同一基板上に
受光領域を含む場合も同様である。この場合は受光領域
として第３のストライプ幅を有するメサ領域を形成し、
メサストライプの幅を発光領域もしくは光導波領域より
大きくすることにより、この領域においてバンドギャッ
プを他の領域より小さくすることができ、発光領域およ
び光導波領域からの光を効率良く受光することができる
。またメサストライプをＩｎＰ基板上でなく、既に成長
されたエピタキシャル層上に形成する場合も全く同一で
ある。
トライプ領域によるＩ ｎＧ２ＬＡ！！ Ｐ ／ Ｉ
ｎ Ｐ 系外部変調器構造に示したが、同一基板上に
受光領域を含む場合も同様である。この場合は受光領域
として第３のストライプ幅を有するメサ領域を形成し、
メサストライプの幅を発光領域もしくは光導波領域より
大きくすることにより、この領域においてバンドギャッ
プを他の領域より小さくすることができ、発光領域およ
び光導波領域からの光を効率良く受光することができる
。またメサストライプをＩｎＰ基板上でなく、既に成長
されたエピタキシャル層上に形成する場合も全く同一で
ある。
また２本の溝（ダブルチャンネル）を形成してメサスト
ライプ領域を形成することができる。
ライプ領域を形成することができる。
次に、本発明の第２の実施例としての多波長レーザに関
して同じ（ＩｎＧａＡｓＰ ／ ＩｎＰ系の半導体材料
を用いて説明する。
して同じ（ＩｎＧａＡｓＰ ／ ＩｎＰ系の半導体材料
を用いて説明する。
第６図は本発明の第２の実施例として３波多重半導体レ
ーザを示す０１ｏはｎ型ＩｎＰ基板、１１゜１２、１３
はそれぞれストライプ幅６μｍ、１５μｍ。
ーザを示す０１ｏはｎ型ＩｎＰ基板、１１゜１２、１３
はそれぞれストライプ幅６μｍ、１５μｍ。
３０１１ｍのメサストライプである。１４はｎ型ＩｎＰ
層、１５は活性層である多重量子井戸層、１６はｐ型Ｉ
ｎＰ層、１７はｐ型ＩｎＧａＡｇＰ コニｙタクト層で
ある。メサストライプ１１．１２．１３の高さは約２μ
ｍである。この半導体レーザの作製は、まずｎ型ＩｎＰ
基板上に８１０２などのマスクのパタ−ｙ後、ＨＣＩ
／ Ｈ３ＰＯ４系エッチャントでエツチングの後マスク
を除去し、メサを形成する。メサとしてはダブルチャン
ネルを形成することによっても得ることができる。この
メサを有するＩｎＰ基板上に例えば液相成長法によりｎ
型ＩｎＰ層１４を厚み○、ｓμｍ成長後、１．３ μｍ
帯ＩｎＧａＡｓＰ 量子井戸層と１．０６μｍ帯ＩｎＧ
ａＡｓＰ 障壁層からなる多重量子井戸層を成長し、そ
の後、連続して顆次ｐ型ＩｎＰ層１６およびｐ型ＩｎＧ
ａＡＳＰ ニア ：ｙタクト層を成長する。液相成長
法でこのよりなメサ構造上にエピタキシャル成長した場
合、メサストライプ上の膜厚は通常の平坦部に比べ薄く
なり、また、各ストライプ１１．１２．１３の幅に大き
く依存し、前述した第３図に示すように１．３μｍ帯Ｉ
ｎＧａＡｓＰ 井戸層の膜厚とストライプ幅の関係を示
す。ここで第１の実施例と同じく成長は基板をスライド
させながら成長するスライド成長法で行い、成長温度５
９０’Ｃ，スライド速度３０９／！１６０゜基板の幅は
１０ Ｆ１ａ１＋成長ボートのメルト穴の長さは７簡で
ある。また、メサの高さは２μｍである。
層、１５は活性層である多重量子井戸層、１６はｐ型Ｉ
ｎＰ層、１７はｐ型ＩｎＧａＡｇＰ コニｙタクト層で
ある。メサストライプ１１．１２．１３の高さは約２μ
ｍである。この半導体レーザの作製は、まずｎ型ＩｎＰ
基板上に８１０２などのマスクのパタ−ｙ後、ＨＣＩ
／ Ｈ３ＰＯ４系エッチャントでエツチングの後マスク
を除去し、メサを形成する。メサとしてはダブルチャン
ネルを形成することによっても得ることができる。この
メサを有するＩｎＰ基板上に例えば液相成長法によりｎ
型ＩｎＰ層１４を厚み○、ｓμｍ成長後、１．３ μｍ
帯ＩｎＧａＡｓＰ 量子井戸層と１．０６μｍ帯ＩｎＧ
ａＡｓＰ 障壁層からなる多重量子井戸層を成長し、そ
の後、連続して顆次ｐ型ＩｎＰ層１６およびｐ型ＩｎＧ
ａＡＳＰ ニア ：ｙタクト層を成長する。液相成長
法でこのよりなメサ構造上にエピタキシャル成長した場
合、メサストライプ上の膜厚は通常の平坦部に比べ薄く
なり、また、各ストライプ１１．１２．１３の幅に大き
く依存し、前述した第３図に示すように１．３μｍ帯Ｉ
ｎＧａＡｓＰ 井戸層の膜厚とストライプ幅の関係を示
す。ここで第１の実施例と同じく成長は基板をスライド
させながら成長するスライド成長法で行い、成長温度５
９０’Ｃ，スライド速度３０９／！１６０゜基板の幅は
１０ Ｆ１ａ１＋成長ボートのメルト穴の長さは７簡で
ある。また、メサの高さは２μｍである。
ここで、メサ部１１と１３の発光波長を比較すると、第
３図によりメサ部１１の井戸層の膜厚が２００人である
のに対し、メサ部１３のそれは６０人となり第４図よシ
波長差は約７０１ｍと大きな差が得られる。６００Å以
上の通常のエピタキシャル層では膜厚に対して禁止帯波
長の変化は小さいが、６００Å以下の量子井戸層を形成
することにより大きい変化が得られるものである。以上
のような第６図のエビ構成で第６図のような半導体レー
ザを作製する。１８はｎ型電極、１９はｐ型電極、２ｏ
は各素子間の電気的分離溝である０このような素子構成
にすることにより波長１．３７１１ｍを中心とする３波
多重の半導体レーザが得られる。
３図によりメサ部１１の井戸層の膜厚が２００人である
のに対し、メサ部１３のそれは６０人となり第４図よシ
波長差は約７０１ｍと大きな差が得られる。６００Å以
上の通常のエピタキシャル層では膜厚に対して禁止帯波
長の変化は小さいが、６００Å以下の量子井戸層を形成
することにより大きい変化が得られるものである。以上
のような第６図のエビ構成で第６図のような半導体レー
ザを作製する。１８はｎ型電極、１９はｐ型電極、２ｏ
は各素子間の電気的分離溝である０このような素子構成
にすることにより波長１．３７１１ｍを中心とする３波
多重の半導体レーザが得られる。
さらに第２のエピタキシャル成長によって埋め込み構造
を採用すればよりレーザの特性を向上でき＆０尚、この
第２の実施例においてＩｎＧａムｓＰ／ＩｎＰ系の材料
について説明したが、ムｌＧ！Ｌム５ＺＧａＡｓ系など
他の化合物半導体材料においても有効であることは言う
までもない。また、エピタキシャル成長に関して液相成
長法で説明したが、有機金属気相成長法や分子線エビ成
長法についても成長条件の最適化をはかることによって
原理的に可能であることは言うまでもない。
を採用すればよりレーザの特性を向上でき＆０尚、この
第２の実施例においてＩｎＧａムｓＰ／ＩｎＰ系の材料
について説明したが、ムｌＧ！Ｌム５ＺＧａＡｓ系など
他の化合物半導体材料においても有効であることは言う
までもない。また、エピタキシャル成長に関して液相成
長法で説明したが、有機金属気相成長法や分子線エビ成
長法についても成長条件の最適化をはかることによって
原理的に可能であることは言うまでもない。
一方第７図（ａ）はメサストライプ上に形成されたＭＱ
Ｗ層の断面３１Ｍ写真（倍率３５００倍）である。同（
ｂ） 、 （０）はそれぞれ平坦部４０と幅６μｍのメ
サストライプ１１上におけるＸ、Ｙ部のＭＱＷ層１６の
拡大写真（倍率１７０００倍）である。 。
Ｗ層の断面３１Ｍ写真（倍率３５００倍）である。同（
ｂ） 、 （０）はそれぞれ平坦部４０と幅６μｍのメ
サストライプ１１上におけるＸ、Ｙ部のＭＱＷ層１６の
拡大写真（倍率１７０００倍）である。 。
この図からＭＱＷ層１６における井戸層厚は前者で〜４
００人であるのに対し後者で〜１ｏＯ人であり、大きく
膜厚が異なシ、両者間でバンドギャップエネルギーが大
きく異なることが認められる。
００人であるのに対し後者で〜１ｏＯ人であり、大きく
膜厚が異なシ、両者間でバンドギャップエネルギーが大
きく異なることが認められる。
発明の効果
以上、本発明による半導体素子およびその製造方法は、
幅の相異なるメサストライプが形成された複数の領域を
有する半導体基板上に、エピタキシャル成長により少な
くとも一層以上の５００Å以下の超薄膜層を含むエピタ
キシャル層を形成することを特徴とするものであり、−
回のエピタキシャル成長で、基板上の複数の領域にバン
ドギャップエネルギーの相異なる成長層を得ることがで
きるものである。また各領域を受光２発光、光導波領域
とすることにより、各領域間での良好な光波の結合が行
なわれ高性能、高信頼性を有する光集積回路や、各領域
を半導体レーザとすることにより、発振波長が大きく異
なる多波長レーザを得ることができ、その有用性は大で
ある。
幅の相異なるメサストライプが形成された複数の領域を
有する半導体基板上に、エピタキシャル成長により少な
くとも一層以上の５００Å以下の超薄膜層を含むエピタ
キシャル層を形成することを特徴とするものであり、−
回のエピタキシャル成長で、基板上の複数の領域にバン
ドギャップエネルギーの相異なる成長層を得ることがで
きるものである。また各領域を受光２発光、光導波領域
とすることにより、各領域間での良好な光波の結合が行
なわれ高性能、高信頼性を有する光集積回路や、各領域
を半導体レーザとすることにより、発振波長が大きく異
なる多波長レーザを得ることができ、その有用性は大で
ある。
第１図（ＩＬ）は本発明の第１の実施例による光集積回
路の平面図、第１図（１）） 、 （（りは同（＆）の
五−人′ 。 Ｂ−Ｂ’線断面図、第２図（＆）〜（ｄ）は本発明によ
る量子井戸構造の作製方法の概略工程断面図、第３図は
実施例におけるメサストライプ幅（Ｗ）とＩｎＧａＡＳ
Ｐ 井戸層厚の関係を示す図、第４図は同じく井戸層
厚とバンドギャップ波長の関係図、第５図は本発明の第
２の実施例の３波多重半導体レーザのエビ構造断面図、
第６図は同３波多重レーザの断面図、第７図（ＩＬ）
、 （ｂ） 、 （０）はメサストライプ上のＭＱＷ結
晶層の電子顕微鏡による断面３１Ｍ写真、第８図は従来
における代表的な光集積回路の構造断面図、第９図は従
来のハイブリッド型の波長多重半導体レーザの構造断面
図、第１ｏ図は従来のモノリシック型波長多重型半導体
レーザの構造断面図である。 １・・・・・・ＩｎＰ基板、２・・・・・・光変調部、
３・・・・・・発光部、６・・・・・・光導波層、６・
・・・・・活性層、１１〜１３・・・・・・メサストラ
イプ、１６・・・・・・ＭＱＷ層、１６・・・・・・ｐ
−ＩｎＰ層、２０・・・・・・分離溝。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 （ａ） ←発光部３−−令く一光変訓部２− 第１図 第２図 Ａ Ｉ３ ３３図 （ｐｍノ メサストライク°幅 第４図 Ｉｎ８ａＡｓＦＨしＰ層 ａｘ
（Ａ〕第５図 第 ６ 図 ん ２０ メプ部 第７図 Ｉａノ ・丁 ／ 第８図 第９図 第１０図
路の平面図、第１図（１）） 、 （（りは同（＆）の
五−人′ 。 Ｂ−Ｂ’線断面図、第２図（＆）〜（ｄ）は本発明によ
る量子井戸構造の作製方法の概略工程断面図、第３図は
実施例におけるメサストライプ幅（Ｗ）とＩｎＧａＡＳ
Ｐ 井戸層厚の関係を示す図、第４図は同じく井戸層
厚とバンドギャップ波長の関係図、第５図は本発明の第
２の実施例の３波多重半導体レーザのエビ構造断面図、
第６図は同３波多重レーザの断面図、第７図（ＩＬ）
、 （ｂ） 、 （０）はメサストライプ上のＭＱＷ結
晶層の電子顕微鏡による断面３１Ｍ写真、第８図は従来
における代表的な光集積回路の構造断面図、第９図は従
来のハイブリッド型の波長多重半導体レーザの構造断面
図、第１ｏ図は従来のモノリシック型波長多重型半導体
レーザの構造断面図である。 １・・・・・・ＩｎＰ基板、２・・・・・・光変調部、
３・・・・・・発光部、６・・・・・・光導波層、６・
・・・・・活性層、１１〜１３・・・・・・メサストラ
イプ、１６・・・・・・ＭＱＷ層、１６・・・・・・ｐ
−ＩｎＰ層、２０・・・・・・分離溝。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 （ａ） ←発光部３−−令く一光変訓部２− 第１図 第２図 Ａ Ｉ３ ３３図 （ｐｍノ メサストライク°幅 第４図 Ｉｎ８ａＡｓＦＨしＰ層 ａｘ
（Ａ〕第５図 第 ６ 図 ん ２０ メプ部 第７図 Ｉａノ ・丁 ／ 第８図 第９図 第１０図
Claims (7)
- （１）半導体基板上に幅の異なる第１、第２のメサスト
ライプ領域を形成し、前記第１、第２のメサストライプ
領域上に、エピタキシャル成長層よりなる５００Å以下
の超薄膜層を含むとともにバンドギャップの異なる第１
、第２の量子井戸層を形成し、前記第１、第２のメサス
トライプ上に前記第１、第２の量子井戸層を含む異なる
第１、第２の半導体領域を形成したことを特徴とする半
導体装置。 - （２）第１、第２の領域が、発光領域、受光領域、光導
波領域もしくはそのいずれか２つであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 - （３）量子井戸層が活性層であり、第１、第２の領域が
発光波長の異なる発光領域であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の半導体装置。 - （４）幅の相異なる第１、第２のメサストライプが形成
された半導体基板上に、エピタキシャル成長法により少
なくとも一層以上の厚さ５００Å以下の超薄膜層を含む
量子井戸層を形成するとともに、前記第１および第２の
メサストライプ上に前記量子井戸層より成りバンドギャ
ップエネルギーが相異なる第１、第２の領域をそれぞれ
形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - （５）エピタキシャル成長法が液相法であることを特徴
とする特許請求の範囲第４項記載の半導体装置の製造方
法。 - （６）メサストライプの幅が３μｍ以上であることを特
徴とする特許請求の範囲第４項記載の半導体装置の製造
方法。 - （７）半導体基板がＩｎＰで超薄膜層がＩｎＧａＡｓＰ
であることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の半
導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63005809A JPH069277B2 (ja) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | 半導体装置およびその製造方法 |
| US07/296,020 US4961198A (en) | 1988-01-14 | 1989-01-12 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63005809A JPH069277B2 (ja) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01186693A true JPH01186693A (ja) | 1989-07-26 |
| JPH069277B2 JPH069277B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=11621410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63005809A Expired - Fee Related JPH069277B2 (ja) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH069277B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0602579A1 (en) * | 1992-12-15 | 1994-06-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser and method of making the semiconductor laser |
| JP2009302138A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Opnext Japan Inc | 半導体レーザ素子、及び半導体レーザ素子の製造方法 |
| JP2012109630A (ja) * | 2006-08-10 | 2012-06-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光集積素子 |
| JP7560005B1 (ja) * | 2024-04-09 | 2024-10-02 | 三菱電機株式会社 | 光半導体装置 |
-
1988
- 1988-01-14 JP JP63005809A patent/JPH069277B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0602579A1 (en) * | 1992-12-15 | 1994-06-22 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser and method of making the semiconductor laser |
| JP2012109630A (ja) * | 2006-08-10 | 2012-06-07 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体光集積素子 |
| JP2009302138A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Opnext Japan Inc | 半導体レーザ素子、及び半導体レーザ素子の製造方法 |
| JP7560005B1 (ja) * | 2024-04-09 | 2024-10-02 | 三菱電機株式会社 | 光半導体装置 |
| WO2025215742A1 (ja) * | 2024-04-09 | 2025-10-16 | 三菱電機株式会社 | 光半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH069277B2 (ja) | 1994-02-02 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |