JPH02292884A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- JPH02292884A JPH02292884A JP11219289A JP11219289A JPH02292884A JP H02292884 A JPH02292884 A JP H02292884A JP 11219289 A JP11219289 A JP 11219289A JP 11219289 A JP11219289 A JP 11219289A JP H02292884 A JPH02292884 A JP H02292884A
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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〕
本発明は半導体レーザ装置に関する。
ｍ−ｖ族化合物を用いた発光ダイオード，フォトダイオ
ード等の光半導体素子が光ファイバ通信，光情報処理の
キーデバイスとして用いられている。特に，半導体レー
ザは長距離・大容量光ファイバ通信システムの開発，実
用化全実現する上で最も重要な素子であり，近年高速化
の検討が進められている。
ード等の光半導体素子が光ファイバ通信，光情報処理の
キーデバイスとして用いられている。特に，半導体レー
ザは長距離・大容量光ファイバ通信システムの開発，実
用化全実現する上で最も重要な素子であり，近年高速化
の検討が進められている。
半導体レーザの高速化を図るには，発光領域である活性
層領域以外に存在する余分な容量（寄生容量）を小さく
することが高周波信号の漏れの低減に重要である。この
点については，「昭５８年春季電子通信学会総合全国大
会講演論文集」の論文番号９１８において，小林等によ
って指摘されている。つまシ，寄生容量を低減させるに
は，活性層の直上の半導体表面層以外の領域に誘電率の
大きなＳｉ０２等の絶縁膜を？成すれば良《，このよう
な絶縁膜全形成することによって半導体レーザは２Ｇｂ
／ｓ程度の高速での変調が可能になっている。
層領域以外に存在する余分な容量（寄生容量）を小さく
することが高周波信号の漏れの低減に重要である。この
点については，「昭５８年春季電子通信学会総合全国大
会講演論文集」の論文番号９１８において，小林等によ
って指摘されている。つまシ，寄生容量を低減させるに
は，活性層の直上の半導体表面層以外の領域に誘電率の
大きなＳｉ０２等の絶縁膜を？成すれば良《，このよう
な絶縁膜全形成することによって半導体レーザは２Ｇｂ
／ｓ程度の高速での変調が可能になっている。
ところで，光通信用の光源として使用されている高性能
な埋め込み型半導体レーザでは電流狭窄機構としてｐ−
ｎ逆バイアス接合を用いている。このため，ｐ−ｎ接合
容量が太き《高周波の信号電流はこのｐ−ｎ接合と半導
体層の抵抗金介して活性層以外の領域に漏れてしまう。
な埋め込み型半導体レーザでは電流狭窄機構としてｐ−
ｎ逆バイアス接合を用いている。このため，ｐ−ｎ接合
容量が太き《高周波の信号電流はこのｐ−ｎ接合と半導
体層の抵抗金介して活性層以外の領域に漏れてしまう。
その結果，半導体層表面に８１０２等の絶縁膜全形成す
るだけでは超高速半導体レーザを得ることができない。
るだけでは超高速半導体レーザを得ることができない。
また，Ｓ１０■自体も容量金持っており，例えば通常の
半導体レーザ素子の寸法程度の面積（３００Ｘ２５０μ
ｍ１ ）に，厚さ３０００人程度のＳｉｎ２膜全形成し
た場合，８１０■自身の持つ容量は１０ｐＦ程度となり
， ５ＧＨｚ以上の高周波変調に対しては小さな容量
とは言えない。さらに，Ｓｉ０２ と半導体との熱膨脹
率は一桁程度？うのでＳｉＯ■形成後に半導体内部に歪
が残り，半導体レーザの信頼性に悪影響を与えてしまう
。
半導体レーザ素子の寸法程度の面積（３００Ｘ２５０μ
ｍ１ ）に，厚さ３０００人程度のＳｉｎ２膜全形成し
た場合，８１０■自身の持つ容量は１０ｐＦ程度となり
， ５ＧＨｚ以上の高周波変調に対しては小さな容量
とは言えない。さらに，Ｓｉ０２ と半導体との熱膨脹
率は一桁程度？うのでＳｉＯ■形成後に半導体内部に歪
が残り，半導体レーザの信頼性に悪影響を与えてしまう
。
本発明の目的は高周波電流全効果的に活性層に集中し，
超高速変調可能でかつ高信頼な半導体レーザ装置を提供
することにある。
超高速変調可能でかつ高信頼な半導体レーザ装置を提供
することにある。
本発明の半導体レーザ装置は高抵抗半導体層が積層され
た第１導電型半導体基板が前記第１導電型半導体基板の
一部が露出するように除去されて段差部が設けられ，活
性層が段差部の高抵抗半導体層と接するようにして第１
導電型半導体層，活性層，第２導電型半導体層，コンタ
クト層全含む半導体層が積層され，前記コンタクト層，
第２導電型半導体層，活性層全ストライプ状にエッチン
グすることにより構成される。
た第１導電型半導体基板が前記第１導電型半導体基板の
一部が露出するように除去されて段差部が設けられ，活
性層が段差部の高抵抗半導体層と接するようにして第１
導電型半導体層，活性層，第２導電型半導体層，コンタ
クト層全含む半導体層が積層され，前記コンタクト層，
第２導電型半導体層，活性層全ストライプ状にエッチン
グすることにより構成される。
本発明は上記のように構成することにより，発光領域で
ある活性層の周囲は高抵抗半導体層と空気であるため，
いわゆる寄生容量の存在が極めて少ない。従って，半導
体内部ｋＲれる信号電流は高周波域まで殆ど全て活性層
に供給され，高周波特性の優れた半導体レーザ装置が得
られる。
ある活性層の周囲は高抵抗半導体層と空気であるため，
いわゆる寄生容量の存在が極めて少ない。従って，半導
体内部ｋＲれる信号電流は高周波域まで殆ど全て活性層
に供給され，高周波特性の優れた半導体レーザ装置が得
られる。
次に，本発明を実施例によって説明する。
第１図全参照して，ｎ−ＩｎＰ基板１にＩｎＰ高抵抗層
９が積層されて，ＩｎＰ高抵抗層９の一部を残してｎ一
■ｎＰ基板１が露出するまで（ｉ−ＩｎＰ基板１の一部
も除去して）除去され，これによって逆メサ面状の段差
部が形成されている。ｎ−ＩｎＰ基板１上にはｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層端部（左端部）′ｆ．上記の段差部に接触
して順次形成され，■ｎＧａＡ ｓＰ活性層３，ｐ−工
ｎＰクラッド層４．及びｐ一工ｎＧａＡｓＰコンタクト
層５の他端部（右端部）はエッチングされて連続した逆
メサ面状の段差となっている。この段差を形成するのは
電極形成の際に，段差の右側にある平坦面（以下段差の
底面という）と段差の左側にある平坦面（以下段差の上
面という）（ｐ側電極）全電気的に分離する必要がある
ためで，後述するように，この逆メサ面の影全利用する
と蒸着工程のみで電極全分離形成できる。
９が積層されて，ＩｎＰ高抵抗層９の一部を残してｎ一
■ｎＰ基板１が露出するまで（ｉ−ＩｎＰ基板１の一部
も除去して）除去され，これによって逆メサ面状の段差
部が形成されている。ｎ−ＩｎＰ基板１上にはｎ−Ｉｎ
Ｐバッファ層端部（左端部）′ｆ．上記の段差部に接触
して順次形成され，■ｎＧａＡ ｓＰ活性層３，ｐ−工
ｎＰクラッド層４．及びｐ一工ｎＧａＡｓＰコンタクト
層５の他端部（右端部）はエッチングされて連続した逆
メサ面状の段差となっている。この段差を形成するのは
電極形成の際に，段差の右側にある平坦面（以下段差の
底面という）と段差の左側にある平坦面（以下段差の上
面という）（ｐ側電極）全電気的に分離する必要がある
ためで，後述するように，この逆メサ面の影全利用する
と蒸着工程のみで電極全分離形成できる。
この構造では，ＩｎＧａＡｓＰ活性層６の周囲は高抵抗
半導体層もし《は空気であるのでｐ側電極７から注入さ
れた信号電流は殆ど全て工ｎＧａＡｓＰ活性層５に流れ
るため，高周波応答特性に優れる構造となる。
半導体層もし《は空気であるのでｐ側電極７から注入さ
れた信号電流は殆ど全て工ｎＧａＡｓＰ活性層５に流れ
るため，高周波応答特性に優れる構造となる。
ここで，第２図（ａ）〜（ｄ）に本実施例の製作工程を
示す。
示す。
まず第２図（ａ）に示すように，窒化シリコン膜１１を
マスクとしてＩｎＰ高抵抗層９が約５μｍ積層されたｎ
一工ｎＰ基板１のほぼ半分を約６μｍの深さまでエッチ
ングする。この時エッチングは（１００＞方向であり，
エッチング液としてプロムメチル溶液（プロム０．２Ｃ
Ｃとメチルアルコール１００ｃｃの混合浴液）盆用いる
。このようにプロムメチル浴液を用いるので，第２図（
ａ）に示すように逆メサ面状のエッチング面（段差部）
が形成できる。
マスクとしてＩｎＰ高抵抗層９が約５μｍ積層されたｎ
一工ｎＰ基板１のほぼ半分を約６μｍの深さまでエッチ
ングする。この時エッチングは（１００＞方向であり，
エッチング液としてプロムメチル溶液（プロム０．２Ｃ
Ｃとメチルアルコール１００ｃｃの混合浴液）盆用いる
。このようにプロムメチル浴液を用いるので，第２図（
ａ）に示すように逆メサ面状のエッチング面（段差部）
が形成できる。
次に第２図（ｂ）に示すように，窒化シリコン膜１１を
マスクとして，逆メサ面状の段差部の底面，つまり，ｎ
一■ｎＰ基板１上にｎ一■ｎＰバッファ層２を２μｍ，
■ｎＧａＡｓＰ活性層５を１１１μｍ，ｐ−■ｎＰクラ
ッド層４を２μｍ，及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層５’ｔ１μｍ，ＭＯＯＶＤ装置を用いて順次積層形成
する。ここでマスクとして窒化シリコン膜全用いている
のでマスク上にはポリ結晶が成長されに＜＜，更に逆メ
サ面状の段差部が形成されているので各層の成長面は比
較的平坦に成長できる。
マスクとして，逆メサ面状の段差部の底面，つまり，ｎ
一■ｎＰ基板１上にｎ一■ｎＰバッファ層２を２μｍ，
■ｎＧａＡｓＰ活性層５を１１１μｍ，ｐ−■ｎＰクラ
ッド層４を２μｍ，及びｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト
層５’ｔ１μｍ，ＭＯＯＶＤ装置を用いて順次積層形成
する。ここでマスクとして窒化シリコン膜全用いている
のでマスク上にはポリ結晶が成長されに＜＜，更に逆メ
サ面状の段差部が形成されているので各層の成長面は比
較的平坦に成長できる。
第２図（Ｃ）に示すように，バッファード７ッ酸を用い
て窒化シリコン膜１１を除去した後に，新たに窒化シリ
コン膜１２全形成し，窒化シリコン膜１２をマスクとし
てＭＯ−ＣＶＤ装置で形成したｎ−ＩｎＰバッフｙ Ｎ
２ ， Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ活性層５，ｐ
一■ｎＰクラッド層４，及びＰ−工ｎＧａＡｓＰコンタ
クト層５をプロムメチル溶液を用いて，すくなくともｎ
一工ｎＰパッフ１層２が露出するまでエッチングを行う
。ここでマスクである窒化シリコン膜１２は，エッチン
グ後に工ｎＧａＡｓＰ活性層６の幅が約１μｍ程度にな
るように形成されている。
て窒化シリコン膜１１を除去した後に，新たに窒化シリ
コン膜１２全形成し，窒化シリコン膜１２をマスクとし
てＭＯ−ＣＶＤ装置で形成したｎ−ＩｎＰバッフｙ Ｎ
２ ， Ｉ ｎ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ活性層５，ｐ
一■ｎＰクラッド層４，及びＰ−工ｎＧａＡｓＰコンタ
クト層５をプロムメチル溶液を用いて，すくなくともｎ
一工ｎＰパッフ１層２が露出するまでエッチングを行う
。ここでマスクである窒化シリコン膜１２は，エッチン
グ後に工ｎＧａＡｓＰ活性層６の幅が約１μｍ程度にな
るように形成されている。
第２図（ｄ）に示すように２バッファードフッ酸？用い
て窒化シリコン膜１２全除去したあと，ｐ側電極Ｚを蒸
着する。ここでは蒸着金属としてＣｒとＡｕ′ｆ！：抵
抗加熱真空蒸着法により順次蒸着した。真空蒸着法では
高真空中で蒸着を行うために，蒸着する金属は蒸着源か
らほぼ直線的に進む。従って蒸着源を第２図（ｄ）の左
斜め上に置いて蒸着を行えば第２図（ｄ）に示す工うに
段差の上面（Ｐ側電極）と段差の底面に蒸着される部分
（電極部分）は分離できる。更に５８０℃の水素雰囲気
中で５分間熱処理を行った後，ｎ−ＩｎＰ基板１側の鏡
面研摩を行い，厚さ約１５０μｍにした後ｎ側電極８全
Ｔｉ，Ａｕをｎ一工ｎＰ基板側に順次形成し，熱処理全
行いプロセスを終了する。
て窒化シリコン膜１２全除去したあと，ｐ側電極Ｚを蒸
着する。ここでは蒸着金属としてＣｒとＡｕ′ｆ！：抵
抗加熱真空蒸着法により順次蒸着した。真空蒸着法では
高真空中で蒸着を行うために，蒸着する金属は蒸着源か
らほぼ直線的に進む。従って蒸着源を第２図（ｄ）の左
斜め上に置いて蒸着を行えば第２図（ｄ）に示す工うに
段差の上面（Ｐ側電極）と段差の底面に蒸着される部分
（電極部分）は分離できる。更に５８０℃の水素雰囲気
中で５分間熱処理を行った後，ｎ−ＩｎＰ基板１側の鏡
面研摩を行い，厚さ約１５０μｍにした後ｎ側電極８全
Ｔｉ，Ａｕをｎ一工ｎＰ基板側に順次形成し，熱処理全
行いプロセスを終了する。
上述した半導体レーザは， 工ｎＧａＡｓＰ活性層５
の両脇は高抵抗層或いは空気で覆われている。従ってｐ
−ｎ接合等による余分な接合容量が殆ど存在せず，電極
金属から供給された電気信号は，直流から高周波領域に
渡ってその殆どがＩｎＧａＡｓＰ活性層６に供給される
。このため高周波応答特性に優れる半導体レーザ装置が
供給される。
の両脇は高抵抗層或いは空気で覆われている。従ってｐ
−ｎ接合等による余分な接合容量が殆ど存在せず，電極
金属から供給された電気信号は，直流から高周波領域に
渡ってその殆どがＩｎＧａＡｓＰ活性層６に供給される
。このため高周波応答特性に優れる半導体レーザ装置が
供給される。
この半導体レーザウェハー金，共振器長が５００μｍと
なるようにへき開ｔ行い，ストリップライン上に直接融
着を行い半導体レーザを組立て，小信号周波数特性全測
定した。その結果，発振閾値の２倍のバイアス電流値に
おいて５ｄＢ帯域として１０ＧＨｚ以上の値が得られた
。この３ｄＢ帯域は短共振器化による光子密度の増加，
フォトンライフタイムの減少，冷却等を施すことにより
更に高い値になる。
なるようにへき開ｔ行い，ストリップライン上に直接融
着を行い半導体レーザを組立て，小信号周波数特性全測
定した。その結果，発振閾値の２倍のバイアス電流値に
おいて５ｄＢ帯域として１０ＧＨｚ以上の値が得られた
。この３ｄＢ帯域は短共振器化による光子密度の増加，
フォトンライフタイムの減少，冷却等を施すことにより
更に高い値になる。
以上本発明について実施例によって説明したが，本実施
例ではＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザについて説明した
が，その他の材料，例えばＧａＡＩＡｓ系等の半導体レ
ーザにも適用可能である。
例ではＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザについて説明した
が，その他の材料，例えばＧａＡＩＡｓ系等の半導体レ
ーザにも適用可能である。
以上説明したように本発明では，発光領域近傍以外の部
分を高抵抗半導体層等で覆うことにより，半導体レーザ
内部の寄生容量を極力除去することが可能になる。さら
にＳｉｎ２等の誘電体膜を使用していないため，信頼性
についてか大幅に向上する。
分を高抵抗半導体層等で覆うことにより，半導体レーザ
内部の寄生容量を極力除去することが可能になる。さら
にＳｉｎ２等の誘電体膜を使用していないため，信頼性
についてか大幅に向上する。
このように本発明によって１ＱＧＨｚ以上の変調帯域を
有し，かつ信頼性にも優れる超高速半導体レーザ装置を
容易に得ることができる。
有し，かつ信頼性にも優れる超高速半導体レーザ装置を
容易に得ることができる。
第１図は本発明の第１の実施例の構造を示す断面図，第
２図（ａ）〜（ｄ）は第１図に示す実施例の製作工程を
説明するための断面図である。 図において１はｎ−工ｎＰ基板，９はＩｎＰ高抵抗層，
２はｎ一■ｎＰバッフ１層，６は工ｎＧａＡｓＰ活性層
，４はｐ−ＩｎＰクラッド層， ５は脅へ ｐ−工ｎＧａＡｓＰコンタクト層である。 第２図
２図（ａ）〜（ｄ）は第１図に示す実施例の製作工程を
説明するための断面図である。 図において１はｎ−工ｎＰ基板，９はＩｎＰ高抵抗層，
２はｎ一■ｎＰバッフ１層，６は工ｎＧａＡｓＰ活性層
，４はｐ−ＩｎＰクラッド層， ５は脅へ ｐ−工ｎＧａＡｓＰコンタクト層である。 第２図
Claims (1)
- １、第１導電型半導体基板と、該第１導電型半導体基板
の一部が露出するように前記第１導電型半導体基板上に
形成された高抵抗半導体層と、前記第１導電型半導体基
板と前記高抵抗半導体層とによって規定される段差と、
一端が前記段差に接触して前記第１の導電型半導体基板
上に形成された第１導電型半導体層と、一端が前記段差
に接触して前記第１導電型半導体層上に順次積層形成さ
れ該段差面に沿ってストライプ状に形成された活性層、
第２導電型半導体層、及びコンタクト層とを有し、前記
活性層の前記一端は前記高抵抗半導体層に接触している
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11219289A JPH02292884A (ja) | 1989-05-02 | 1989-05-02 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11219289A JPH02292884A (ja) | 1989-05-02 | 1989-05-02 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02292884A true JPH02292884A (ja) | 1990-12-04 |
Family
ID=14580566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11219289A Pending JPH02292884A (ja) | 1989-05-02 | 1989-05-02 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02292884A (ja) |
-
1989
- 1989-05-02 JP JP11219289A patent/JPH02292884A/ja active Pending
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