JPH0382184A - 高抵抗埋め込み半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
高抵抗埋め込み半導体レーザ及びその製造方法Info
- Publication number
- JPH0382184A JPH0382184A JP21901789A JP21901789A JPH0382184A JP H0382184 A JPH0382184 A JP H0382184A JP 21901789 A JP21901789 A JP 21901789A JP 21901789 A JP21901789 A JP 21901789A JP H0382184 A JPH0382184 A JP H0382184A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor
- type
- type semiconductor
- mesa
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 124
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 27
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 20
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 6
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 97
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005524 hole trap Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MODGUXHMLLXODK-UHFFFAOYSA-N [Br].CO Chemical compound [Br].CO MODGUXHMLLXODK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000010893 electron trap Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- NBJBFKVCPBJQMR-APKOLTMOSA-N nff 1 Chemical compound C([C@H](NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@@H]1CCCN1C(=O)[C@H](CCCCN)NC(=O)[C@@H]1CCCN1C(=O)CC=1C2=CC=C(C=C2OC(=O)C=1)OC)C(=O)N[C@@H](CC=1C=CC=CC=1)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)N[C@@H](CCCCNC=1C(=CC(=CC=1)[N+]([O-])=O)[N+]([O-])=O)C(=O)NCC(O)=O)C1=CC=CC=C1 NBJBFKVCPBJQMR-APKOLTMOSA-N 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
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、光通信用光源等に用いられる高抵抗埋め込み
半導体レーザとその製造方法に関する。
半導体レーザとその製造方法に関する。
（従来の技術）
光フアイバ通信技術は近年目覚ましい進展を遂げ、４０
０Ｍｂ／ｓ、 １．６Ｇｂ／ｓなどの大容量の光通信シ
ステムが日本国内をはじめ、海底ケーブルを通じて外国
との間にも導入されている。この光通信技術になくては
ならないキーデバイスが光信号の光源となる半導体レー
ザである。システムの長距離、大容量化に伴い、半導体
レーザにもさらに高出力化、高速化が求められている。
０Ｍｂ／ｓ、 １．６Ｇｂ／ｓなどの大容量の光通信シ
ステムが日本国内をはじめ、海底ケーブルを通じて外国
との間にも導入されている。この光通信技術になくては
ならないキーデバイスが光信号の光源となる半導体レー
ザである。システムの長距離、大容量化に伴い、半導体
レーザにもさらに高出力化、高速化が求められている。
現在一般的に使用されている半導体レーザは、電流ブロ
ック領域がｐｎｐｎのサイリスタ構造になっている。し
かし、この構造では、電流を増加させるとサイリスタが
ターンオンしたり、サイリスタを構成するトランジスタ
のゲインが大きい時には無視できない程度の電流が流れ
、光出力が飽和してしまう恐れがある。また、サイリス
タに寄生容量が存在するため、ＲＣ時定数が大きく、高
速変調が実現しにくい。
ック領域がｐｎｐｎのサイリスタ構造になっている。し
かし、この構造では、電流を増加させるとサイリスタが
ターンオンしたり、サイリスタを構成するトランジスタ
のゲインが大きい時には無視できない程度の電流が流れ
、光出力が飽和してしまう恐れがある。また、サイリス
タに寄生容量が存在するため、ＲＣ時定数が大きく、高
速変調が実現しにくい。
一方、電流ブロック領域に高抵抗半導体層を用いた半導
体レーザは、漏れ電流か少ないので低いしきい動作が可
能であり、また寄生容量が少ないため、高速変調も可能
となることから、最近さかんに研究開発が行われている
。
体レーザは、漏れ電流か少ないので低いしきい動作が可
能であり、また寄生容量が少ないため、高速変調も可能
となることから、最近さかんに研究開発が行われている
。
その高抵抗埋め込み半導体レーザの従来例を第３図に示
す。第３図（ａ）はｐ型ＩｎＰ基板１上にｐ型ＩｎＰク
ラッド層２、ＩｎＧｓＡｓＰ活性層３、ｎ型ＩｎＰクラ
ッド層４からなるダブルヘテロ構造がメサ状に形成され
、これが半絶縁（ＳＩ）ＩｎＰ層５で埋めこまれ、その
上にｎ型ＩｎＰ層７が全面に、さらに両側にｐ型電極２
１およびｎ型電極２２が形成された構造からなる。また
第３図（ｂ）はｎ型ＩｎＰ基板８を用いた場合で、それ
ぞれのＩｎＰ層の導電形が（ａ）と異なっているほか、
ｐ側のオーミックコンタクトを取るために、ｐ＋型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層１０がｐ側電極２１に接して形
成されている。
す。第３図（ａ）はｐ型ＩｎＰ基板１上にｐ型ＩｎＰク
ラッド層２、ＩｎＧｓＡｓＰ活性層３、ｎ型ＩｎＰクラ
ッド層４からなるダブルヘテロ構造がメサ状に形成され
、これが半絶縁（ＳＩ）ＩｎＰ層５で埋めこまれ、その
上にｎ型ＩｎＰ層７が全面に、さらに両側にｐ型電極２
１およびｎ型電極２２が形成された構造からなる。また
第３図（ｂ）はｎ型ＩｎＰ基板８を用いた場合で、それ
ぞれのＩｎＰ層の導電形が（ａ）と異なっているほか、
ｐ側のオーミックコンタクトを取るために、ｐ＋型Ｉｎ
ＧａＡｓＰコンタクト層１０がｐ側電極２１に接して形
成されている。
（発明が解決しようとする課題）
電流ブロック構造に用いられる半絶縁半導体層は、電流
がまったく流れない絶縁物ではない。たとえば、もっと
も一般的である鉄（Ｆｅ）をドーピングしたＩｎＰの場
合、ＩｎＰの禁制帯の中に深い準位を形成したＦｅは電
子トラップとして機能する。すなわち、Ｆｅをドープし
たＩｎＰをｐ型およびｎ型ＩｎＰではさんで交流電圧を
印加した場合、ｎ型ＩｎＰからＦｅドープＩｎＰに注入
される電子はＦｅトラップにより捕獲される。ｐ型Ｉｎ
ＰからＦｅドープＩｎＰに注入される正孔は、Ｆｅアク
セプタにすでに捕獲されている電子と再結合し、これは
再結合電流となる。このため、第３図のような構造では
、ｐ型ＩｎＰ層ｌ、２（第３図（ａ））または２．９（
第３図（ｂ））から半絶縁ＩｎＰ層５に流れる漏れ電流
が存在し、十分な電流ブロック効果が得られずしきい値
電流の増大や効率の低下、光出力の飽和などの原因とな
る。
がまったく流れない絶縁物ではない。たとえば、もっと
も一般的である鉄（Ｆｅ）をドーピングしたＩｎＰの場
合、ＩｎＰの禁制帯の中に深い準位を形成したＦｅは電
子トラップとして機能する。すなわち、Ｆｅをドープし
たＩｎＰをｐ型およびｎ型ＩｎＰではさんで交流電圧を
印加した場合、ｎ型ＩｎＰからＦｅドープＩｎＰに注入
される電子はＦｅトラップにより捕獲される。ｐ型Ｉｎ
ＰからＦｅドープＩｎＰに注入される正孔は、Ｆｅアク
セプタにすでに捕獲されている電子と再結合し、これは
再結合電流となる。このため、第３図のような構造では
、ｐ型ＩｎＰ層ｌ、２（第３図（ａ））または２．９（
第３図（ｂ））から半絶縁ＩｎＰ層５に流れる漏れ電流
が存在し、十分な電流ブロック効果が得られずしきい値
電流の増大や効率の低下、光出力の飽和などの原因とな
る。
深い不純物にチタン（Ｔｉ）やコバルト（Ｃｏ）といっ
た正孔トラップを用いた場合は正孔トラップとして働く
のでｎ型ＩｎＰ４．７（第３図（ａ））または４．８（
第３図（ｂ））から半絶縁ＩｎＰ層５に電流が流れる。
た正孔トラップを用いた場合は正孔トラップとして働く
のでｎ型ＩｎＰ４．７（第３図（ａ））または４．８（
第３図（ｂ））から半絶縁ＩｎＰ層５に電流が流れる。
こうした問題点を解決しなければ、高抵抗埋め込み半導
体レーザの低しきい値、高効率かつ高速変調可能という
特徴を充分生かすことはできなかった。
体レーザの低しきい値、高効率かつ高速変調可能という
特徴を充分生かすことはできなかった。
（課題を解決するための手段）
本発明の高抵抗埋め込み半導体レーザは、第１導電型半
導体基板上に、少なくとも前記半導体基板よりエネルギ
ーギャップの小さい半導体活性層及び第２導電型半導体
クラッド層からなるダブルヘテロ構造が、ストライプ状
のメサに形成され、そのメサの両側に正孔を捕獲する準
位を有した半絶縁半導体層及びｐ型半導体層を含む半導
体埋め込み層が前記半導体基板がｐ型のときはこの順に
、ｎ型のときはこの逆の順に形成され、さらに前記メサ
の上及び半導体埋め込み層の上に第２導電型半導体が形
成され、前記ストライプ状のメサの側面のｎ型半導体ク
ラッド層と前記半絶縁半導体層との間にｐ型半導体層が
あることを特徴とする。
導体基板上に、少なくとも前記半導体基板よりエネルギ
ーギャップの小さい半導体活性層及び第２導電型半導体
クラッド層からなるダブルヘテロ構造が、ストライプ状
のメサに形成され、そのメサの両側に正孔を捕獲する準
位を有した半絶縁半導体層及びｐ型半導体層を含む半導
体埋め込み層が前記半導体基板がｐ型のときはこの順に
、ｎ型のときはこの逆の順に形成され、さらに前記メサ
の上及び半導体埋め込み層の上に第２導電型半導体が形
成され、前記ストライプ状のメサの側面のｎ型半導体ク
ラッド層と前記半絶縁半導体層との間にｐ型半導体層が
あることを特徴とする。
本発明の製造方法は、第１導電型半導体半導体基板上に
、少なくとも半導体活性層および第２導電型半導体クラ
ッド層からなる半導体層を形成する工程と、前記活性層
を含む半導体層を、ストライプ状の絶縁膜をマスクにし
てエツチングしメサを形成する工程と、前記基板がｐ型
のときは正孔を捕獲する準位を有した半絶縁半導体層と
ｐ型半導体装置なる半導体埋め込み層をこの順に、前記
基板がｎ型のときはこの逆の順に、埋め込み成長により
形成すると同時にその埋め込み成長中にｐ型半導体層中
のｐ型不純物の拡散により前記ストライプ状のメサの側
面のｎ型半導体クラッド層との界面で前記半絶縁半導体
がｐ型に変わる工程と、前記絶縁膜を除去した後に第２
導電型半導体層を全面に成長する工程とを含むことを特
徴とする。
、少なくとも半導体活性層および第２導電型半導体クラ
ッド層からなる半導体層を形成する工程と、前記活性層
を含む半導体層を、ストライプ状の絶縁膜をマスクにし
てエツチングしメサを形成する工程と、前記基板がｐ型
のときは正孔を捕獲する準位を有した半絶縁半導体層と
ｐ型半導体装置なる半導体埋め込み層をこの順に、前記
基板がｎ型のときはこの逆の順に、埋め込み成長により
形成すると同時にその埋め込み成長中にｐ型半導体層中
のｐ型不純物の拡散により前記ストライプ状のメサの側
面のｎ型半導体クラッド層との界面で前記半絶縁半導体
がｐ型に変わる工程と、前記絶縁膜を除去した後に第２
導電型半導体層を全面に成長する工程とを含むことを特
徴とする。
（作用）
高抵抗の半絶縁半導体（ＳＩ）層として正孔（ホール）
を捕獲する不純物を用いたｐ−８Ｉ−ｎ構造では、ｐ型
半導体からＳ躇へ注入される正孔は捕獲される。しかし
ｎ型半導体からＳＩ層へ注入される電子は捕獲されず、
８画中にすでに捕獲されている正孔と再結合する。これ
が漏れ電流となり高抵抗層を用いた電流ブロック効果が
十分に発揮されない。
を捕獲する不純物を用いたｐ−８Ｉ−ｎ構造では、ｐ型
半導体からＳ躇へ注入される正孔は捕獲される。しかし
ｎ型半導体からＳＩ層へ注入される電子は捕獲されず、
８画中にすでに捕獲されている正孔と再結合する。これ
が漏れ電流となり高抵抗層を用いた電流ブロック効果が
十分に発揮されない。
本発明の高抵抗埋め込み半導体レーザでは電流ブロック
領域をｐ−８Ｉ−ｐ−ｎ構造とし、ここでの漏れ電流を
なくした。さらにそのメサ側面においてもｐ−８ｒ−ｎ
構造をなくすためメサの側面と半絶縁半導体層の間にｐ
型半導体層を入れて、ｐ−８Ｉ−ｐ−ｎ構造として漏れ
電流をなくし、しかもそのｐ型半導体層を濃度の低いｐ
−層として抵抗を高くすることによって、このメサ側面
のｐ−半導体層を通ってメサのｐ型半導体クラッド層か
らｎ型半導体クラッド層へ流れる漏れ電流を非常に小さ
くすることができる。このようにして漏れ電流をなくす
ことができるので、低発振閾値電流、高発光効率が得ら
れる。
領域をｐ−８Ｉ−ｐ−ｎ構造とし、ここでの漏れ電流を
なくした。さらにそのメサ側面においてもｐ−８ｒ−ｎ
構造をなくすためメサの側面と半絶縁半導体層の間にｐ
型半導体層を入れて、ｐ−８Ｉ−ｐ−ｎ構造として漏れ
電流をなくし、しかもそのｐ型半導体層を濃度の低いｐ
−層として抵抗を高くすることによって、このメサ側面
のｐ−半導体層を通ってメサのｐ型半導体クラッド層か
らｎ型半導体クラッド層へ流れる漏れ電流を非常に小さ
くすることができる。このようにして漏れ電流をなくす
ことができるので、低発振閾値電流、高発光効率が得ら
れる。
本発明の製造方法では、ｐ型半導体層からｐ型不純物が
埋め込み成長の過程で自動的に半絶縁半導体層に拡散す
ることにより、メサ側面との界面で半絶縁半導体層がｐ
−型に変わり、良好な電流ブロック構造が容易に再現性
良く得られる。
埋め込み成長の過程で自動的に半絶縁半導体層に拡散す
ることにより、メサ側面との界面で半絶縁半導体層がｐ
−型に変わり、良好な電流ブロック構造が容易に再現性
良く得られる。
我々は不純物となるＣｏをドーピングした半絶縁ＩｎＰ
層、およびドナーとなるＳｉをドーピングしたｎ型Ｉｎ
Ｐ層の上にＺｎをドーピングしたｐ型ＩｎＰ層（キャリ
ア濃度１×１０１８ｃｍ−３）を成長し、ＳＩＭＳ測定
によってＺｎの拡散の度合いを調べた。結晶成長には有
機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥもしくはＭＯＣＶＤ）を
用いた。その結果、第２図（ａ）に示すように、半絶縁
ＩｎＰ層には約０．３ｐｍのＺｎの拡散が観測されたの
に対し、第２図（ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ層には
Ｚｎはほとんど拡散しなかった。このように、Ｚｎの半
絶縁半導体への拡散は通常の結晶成長条件下では０．３
ｐｍ程度である。ｎｆｆ１半導体層へのＺｎの拡散はほ
とんどなくｐ−型に反転することはない。また、メサの
側面に形成されるｐ−型ＩｎＰ層に拡散したＺｎの濃度
はｐ型半導体層中のＺｎ濃度の十分の一程度であるので
、拡散により生じたｐ−型ＩｎＰ層は抵抗が高く、ここ
を流れる漏れ電流は非常に小さい。
層、およびドナーとなるＳｉをドーピングしたｎ型Ｉｎ
Ｐ層の上にＺｎをドーピングしたｐ型ＩｎＰ層（キャリ
ア濃度１×１０１８ｃｍ−３）を成長し、ＳＩＭＳ測定
によってＺｎの拡散の度合いを調べた。結晶成長には有
機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥもしくはＭＯＣＶＤ）を
用いた。その結果、第２図（ａ）に示すように、半絶縁
ＩｎＰ層には約０．３ｐｍのＺｎの拡散が観測されたの
に対し、第２図（ｂ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ層には
Ｚｎはほとんど拡散しなかった。このように、Ｚｎの半
絶縁半導体への拡散は通常の結晶成長条件下では０．３
ｐｍ程度である。ｎｆｆ１半導体層へのＺｎの拡散はほ
とんどなくｐ−型に反転することはない。また、メサの
側面に形成されるｐ−型ＩｎＰ層に拡散したＺｎの濃度
はｐ型半導体層中のＺｎ濃度の十分の一程度であるので
、拡散により生じたｐ−型ＩｎＰ層は抵抗が高く、ここ
を流れる漏れ電流は非常に小さい。
この製造方法では特別な拡散工程はなく、結晶成長中に
ｐ型半導体から半絶縁半導体に拡散することを利用して
いる。従って制御性、再現性が良く半導体レーザを高歩
留りに作製できる。
ｐ型半導体から半絶縁半導体に拡散することを利用して
いる。従って制御性、再現性が良く半導体レーザを高歩
留りに作製できる。
（実施例）
本発明の高抵抗埋め込み半導体レーザを実際に試作した
結果について、以下に述べる。第１図は試作した半導体
レーザの構造を表す断面図であり、（ａ）はｐ型半導体
基板を用いた場合で第一導電型がｐ型、第２導電型がｎ
型であり、（ｂ）はｎ型半導体基板を用いた場合で導電
型が（ａ）と逆であるが、ここでは（ａ）の場合につい
て詳細に説明する。
結果について、以下に述べる。第１図は試作した半導体
レーザの構造を表す断面図であり、（ａ）はｐ型半導体
基板を用いた場合で第一導電型がｐ型、第２導電型がｎ
型であり、（ｂ）はｎ型半導体基板を用いた場合で導電
型が（ａ）と逆であるが、ここでは（ａ）の場合につい
て詳細に説明する。
すべての結晶成長、ＭＯＶＰＥで行った。まず、ｐ型Ｉ
ｎＰ基板１の上に、Ｚｎドープｐ型ＩｎＰクラッド層２
（キャリア濃度５Ｘ１０１７ｃｍ−３、層厚１ｐｍ）、
ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３（層厚０．２ｐｍ）
、Ｓｉドープｎ型ＩｎＰクラッド層４（キャリア濃度４
Ｘ１０１８ｃｍ−３、層厚０．４ｐｍ）からなるダブル
ヘテロ構造結晶を成長じた。次に表面５ｉ０２膜を堆積
してフォトリソグラフィ技術により幅１．５ｐｍのスト
ライプに加工し、塩酸系および臭素−メタノール系のエ
ツチング液を用いてｐ型ＩｎＰ基板１に達するまでメサ
エッチングを行った。そして、５ｉ０２ストライブをマ
スクとして、高抵抗のＣＯドープ半半絶縁Ｉｎ面層５未
捕獲トラップ濃度２×１０１６ｃｍ−３、層厚的２．３
ｐｍ）、Ｚｎドープｐ型ＩｎＰ層６（キャリア濃度１×
１０１１０１８Ｃ、層厚０．５ｐｍ）を埋め込み成長じ
た。半絶縁ＩｎＰ層５とｐ型ＩｎＰ層６の界面が、ｎ型
ＩｎＰクラッド層４と５ｉ０２ストライブの界面とほぼ
同一平面上になるようにした。さらに、５ｉ０２ストラ
イブを除去した後、全面にＳｉドープｎ型ＩｎＰ層７（
キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３、層厚１．３ｐｍ）
を成長じた。断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で賎察
するためにウェハの一部を取りおき、残りのウェハはｎ
側電極２２としてＡｕＧｅＮｉを蒸着した後、４３０°
Ｃで５分間熱処理し、全体の厚さが約１１００ｐになる
ようにｐ型ＩｎＰ基板１を研磨し、さらにｐ側電極２１
としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをスパッタした後、４３０’Ｃ
で５分間熱処理した。こうしてプロセスを終えたウェハ
は共振器長３００ｐｍになるようにへき関し、Ｓｉヒー
トシンク上にマウントして組み立て、素子特性を評価し
た。
ｎＰ基板１の上に、Ｚｎドープｐ型ＩｎＰクラッド層２
（キャリア濃度５Ｘ１０１７ｃｍ−３、層厚１ｐｍ）、
ノンドープＩｎＧａＡｓＰ活性層３（層厚０．２ｐｍ）
、Ｓｉドープｎ型ＩｎＰクラッド層４（キャリア濃度４
Ｘ１０１８ｃｍ−３、層厚０．４ｐｍ）からなるダブル
ヘテロ構造結晶を成長じた。次に表面５ｉ０２膜を堆積
してフォトリソグラフィ技術により幅１．５ｐｍのスト
ライプに加工し、塩酸系および臭素−メタノール系のエ
ツチング液を用いてｐ型ＩｎＰ基板１に達するまでメサ
エッチングを行った。そして、５ｉ０２ストライブをマ
スクとして、高抵抗のＣＯドープ半半絶縁Ｉｎ面層５未
捕獲トラップ濃度２×１０１６ｃｍ−３、層厚的２．３
ｐｍ）、Ｚｎドープｐ型ＩｎＰ層６（キャリア濃度１×
１０１１０１８Ｃ、層厚０．５ｐｍ）を埋め込み成長じ
た。半絶縁ＩｎＰ層５とｐ型ＩｎＰ層６の界面が、ｎ型
ＩｎＰクラッド層４と５ｉ０２ストライブの界面とほぼ
同一平面上になるようにした。さらに、５ｉ０２ストラ
イブを除去した後、全面にＳｉドープｎ型ＩｎＰ層７（
キャリア濃度２×１０１８ｃｍ−３、層厚１．３ｐｍ）
を成長じた。断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で賎察
するためにウェハの一部を取りおき、残りのウェハはｎ
側電極２２としてＡｕＧｅＮｉを蒸着した後、４３０°
Ｃで５分間熱処理し、全体の厚さが約１１００ｐになる
ようにｐ型ＩｎＰ基板１を研磨し、さらにｐ側電極２１
としてＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをスパッタした後、４３０’Ｃ
で５分間熱処理した。こうしてプロセスを終えたウェハ
は共振器長３００ｐｍになるようにへき関し、Ｓｉヒー
トシンク上にマウントして組み立て、素子特性を評価し
た。
ＳＥＭ観察の結果、Ｚｎが半絶縁ＩｎＰ層５内に約０．
３ｐｍ拡散してｐ−型ＩｎＰ層１１を形成し、ｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層４の界面で半絶縁ＩｎＰ層５がｐ型に変化
しｐ″″′型ＩｎＰ層１１となっていることがわかった
。拡散により、半絶縁ＩｎＰ層５の層厚は約１．７１１
ｍに減少した。活性層幅は１．５ｐｍであった。
３ｐｍ拡散してｐ−型ＩｎＰ層１１を形成し、ｎ型Ｉｎ
Ｐクラッド層４の界面で半絶縁ＩｎＰ層５がｐ型に変化
しｐ″″′型ＩｎＰ層１１となっていることがわかった
。拡散により、半絶縁ＩｎＰ層５の層厚は約１．７１１
ｍに減少した。活性層幅は１．５ｐｍであった。
切り出した素子の電流−光出力特性を測定したところ、
しきい値電流が平均１０ｍＡ（最小７ｍＡ）、効率が平
均０．２３Ｗ／Ａ、最高光出力が平均３０ｍＷ（最高４
２ｍＷ）と良好な結果を得た。これは、高抵抗埋め込み
によって埋め込み部での漏れ電流が減少したためであり
、特にｐ型ＩｎＰ層６および結晶成長時に形成されるｐ
−型ＩｎＰ層１１の存在によって、ｎ型にＩｎＰ層（４
，７）から半絶縁ＩｎＰ層５へ流れる再結合電流がなく
なったためである。また、素子容量は約４ｐＦと小さく
、小信号周波数応答特性を測定したところ、低周波域で
の応答の低下（ロールオフ）が少ない特性が得られ、１
５ｍＷ光出力時の変調周波数帯域は１２ＧＨｚであった
。これらの特性は従来の高抵抗埋め込み半導体レーザに
比べ閾値電流、最高光出力の点で優れ、従来のｐ−ｎ−
ｐ−ｎ型ブロツク構造をもつレーザに比べ閾値電流、変
調帯域の点で優れている。また製造が容易で従来の約２
倍の歩留りであった。
しきい値電流が平均１０ｍＡ（最小７ｍＡ）、効率が平
均０．２３Ｗ／Ａ、最高光出力が平均３０ｍＷ（最高４
２ｍＷ）と良好な結果を得た。これは、高抵抗埋め込み
によって埋め込み部での漏れ電流が減少したためであり
、特にｐ型ＩｎＰ層６および結晶成長時に形成されるｐ
−型ＩｎＰ層１１の存在によって、ｎ型にＩｎＰ層（４
，７）から半絶縁ＩｎＰ層５へ流れる再結合電流がなく
なったためである。また、素子容量は約４ｐＦと小さく
、小信号周波数応答特性を測定したところ、低周波域で
の応答の低下（ロールオフ）が少ない特性が得られ、１
５ｍＷ光出力時の変調周波数帯域は１２ＧＨｚであった
。これらの特性は従来の高抵抗埋め込み半導体レーザに
比べ閾値電流、最高光出力の点で優れ、従来のｐ−ｎ−
ｐ−ｎ型ブロツク構造をもつレーザに比べ閾値電流、変
調帯域の点で優れている。また製造が容易で従来の約２
倍の歩留りであった。
以上述べた結果は第１図（ａ）の、ｐ型ＩｎＰ基板１を
用いた場合であったが、第１図（ｂ）のようなｎ型Ｉｎ
Ｐ基板８を用いた場合も同様である。ｐ型ＩｎＰ層６．
９およびｐ型ＩｎＰクラッド層２がら半絶縁ＩｎＰ層５
へＺｎが拡散して半絶縁ＩｎＰ層５とｎ型ＩｎＰクラッ
ド層４の間にｐ−型ＩｎＰ層１１が形成されるようにす
ればよい。この例では、ｐ側のオーミックコンタクトを
とるために、ｐ＋型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１０が
用いられている。
用いた場合であったが、第１図（ｂ）のようなｎ型Ｉｎ
Ｐ基板８を用いた場合も同様である。ｐ型ＩｎＰ層６．
９およびｐ型ＩｎＰクラッド層２がら半絶縁ＩｎＰ層５
へＺｎが拡散して半絶縁ＩｎＰ層５とｎ型ＩｎＰクラッ
ド層４の間にｐ−型ＩｎＰ層１１が形成されるようにす
ればよい。この例では、ｐ側のオーミックコンタクトを
とるために、ｐ＋型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１０が
用いられている。
実施例では高抵抗層を形成するためのドーパントとして
Ｃｏを用いたが、Ｔｉなどの同様な物性を有する元素を
用いても本発明の主旨になんら変わりはない。また、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰでなく ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
、ＡＩＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ等の他の化合物混晶から
なるダブルヘテロ構造を用いても同様の効果がある。
Ｃｏを用いたが、Ｔｉなどの同様な物性を有する元素を
用いても本発明の主旨になんら変わりはない。また、Ｉ
ｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰでなく ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ
、ＡＩＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ等の他の化合物混晶から
なるダブルヘテロ構造を用いても同様の効果がある。
（発明の効果）
本発明によれば、漏れ電流がなく低閾値で高効率な特性
であり、しかも寄生容量が小さく高速変調可能な半導体
レーザが得られ、本発明の製造方法によれば高性能な半
導体レーザが歩留り良く、再現性良く得られる。
であり、しかも寄生容量が小さく高速変調可能な半導体
レーザが得られ、本発明の製造方法によれば高性能な半
導体レーザが歩留り良く、再現性良く得られる。
第１図（ａＸｂ）は本発明の高抵抗埋め込み半導体レー
ザの構造を表す断面図であり、それぞれｐ型半導体基板
、ｎ型半導体基板を用いた場合である。第２図（ａＸｂ
）は本発明の詳細な説明する、半導体多層構造のＳＩＭ
Ｓ測定による濃度プロファイルの図である。また、第３
図（ａＸｂ）は従来の高抵抗埋め込み半導体レーザの構
造を表す断面図である。 図中、１・・・ｐ型半導体基板、２・・・ｐ型半導体ク
ラッド層、３・・・半導体活性層、４・・・ｎ型半導体
クラッド層、５・・・半絶縁半導体層、６・・・ｐ型半
導体層、７・・・ｎ型半導体層、８・・・ｎ型半導体基
板、９・・・ｐ型半導体層、１０・・・ｐ生型半導体コ
ンタクト層、１１・・・ｐ−型半導体層、２１・・・ｐ
側電極、２２・・ｎ側電極である。
ザの構造を表す断面図であり、それぞれｐ型半導体基板
、ｎ型半導体基板を用いた場合である。第２図（ａＸｂ
）は本発明の詳細な説明する、半導体多層構造のＳＩＭ
Ｓ測定による濃度プロファイルの図である。また、第３
図（ａＸｂ）は従来の高抵抗埋め込み半導体レーザの構
造を表す断面図である。 図中、１・・・ｐ型半導体基板、２・・・ｐ型半導体ク
ラッド層、３・・・半導体活性層、４・・・ｎ型半導体
クラッド層、５・・・半絶縁半導体層、６・・・ｐ型半
導体層、７・・・ｎ型半導体層、８・・・ｎ型半導体基
板、９・・・ｐ型半導体層、１０・・・ｐ生型半導体コ
ンタクト層、１１・・・ｐ−型半導体層、２１・・・ｐ
側電極、２２・・ｎ側電極である。
Claims (2)
- （１）第１導電型半導体基板上に、少なくとも前記半導
体基板よりエネルギーギャップの小さい半導体活性層及
び第２導電型半導体クラッド層からなるダブルヘテロ構
造が、ストライプ状のメサに形成され、そのメサの両側
に正孔を捕獲する準位を有した半絶縁半導体層及びｐ型
半導体層を含む半導体埋め込み層が前記半導体基板がｐ
型のときはこの順にｎ型のときはこの逆の順に形成され
、さらに前記メサの上及び半導体埋め込み層の上に第２
導電型半導体が形成され、前記ストライプ状のメサの側
面のｎ型半導体クラッド層と前記半絶縁半導体層との間
にｐ型半導体層があることを特徴とする高抵抗埋め込み
半導体レーザ。 - （２）第１導電型半導体半導体基板上に、少なくとも半
導体活性層および第２導電型半導体クラッド層からなる
半導体層を形成する工程と、前記活性層を含む半導体層
を、ストライプ状の絶縁膜をマスクにしてエッチングし
メサを形成する工程と、前記基板がｐ型のときは正孔を
捕獲する準位を有した半絶縁半導体層とｐ型半導体から
なる半導体埋め込み層をこの順に、前記基板がｎ型のと
きはこの逆の順に、埋め込み成長により形成すると同時
にその埋め込み成長中にｐ型半導体層中のｐ型不純物の
拡散により前記ストライプ状のメサの側面のｎ型半導体
クラッド層との界面で前記半絶縁半導体がｐ型に変わる
工程と、前記絶縁膜を除去した後に第２導電型半導体層
を全面に成長する工程とを含むことを特徴とする高抵抗
埋め込み半導体レーザの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1219017A JP2550718B2 (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | 高抵抗埋め込み半導体レーザ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1219017A JP2550718B2 (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | 高抵抗埋め込み半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0382184A true JPH0382184A (ja) | 1991-04-08 |
| JP2550718B2 JP2550718B2 (ja) | 1996-11-06 |
Family
ID=16728950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1219017A Expired - Fee Related JP2550718B2 (ja) | 1989-08-25 | 1989-08-25 | 高抵抗埋め込み半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2550718B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013182976A (ja) * | 2012-03-01 | 2013-09-12 | Mitsubishi Electric Corp | 埋め込み型光半導体素子 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5390786A (en) * | 1977-01-20 | 1978-08-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor light emitting device and its production |
| JPS61290790A (ja) * | 1985-06-18 | 1986-12-20 | Fujitsu Ltd | 発光素子の製造方法 |
| JPS63133587A (ja) * | 1986-11-25 | 1988-06-06 | Nec Corp | 埋込み構造半導体レ−ザ |
| JPH02283085A (ja) * | 1989-04-25 | 1990-11-20 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ |
-
1989
- 1989-08-25 JP JP1219017A patent/JP2550718B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5390786A (en) * | 1977-01-20 | 1978-08-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor light emitting device and its production |
| JPS61290790A (ja) * | 1985-06-18 | 1986-12-20 | Fujitsu Ltd | 発光素子の製造方法 |
| JPS63133587A (ja) * | 1986-11-25 | 1988-06-06 | Nec Corp | 埋込み構造半導体レ−ザ |
| JPH02283085A (ja) * | 1989-04-25 | 1990-11-20 | Oki Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013182976A (ja) * | 2012-03-01 | 2013-09-12 | Mitsubishi Electric Corp | 埋め込み型光半導体素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2550718B2 (ja) | 1996-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5568501A (en) | Semiconductor laser and method for producing the same | |
| CA2072632A1 (en) | Structure and method for fabricating indium phosphide/indium gallium arsenide phosphide buried heterostructure semiconductor lasers | |
| JPH07135369A (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JPS61190993A (ja) | 半導体レ−ザ素子の製造方法 | |
| JPH01146390A (ja) | 半導体デバイス | |
| JPH10229246A (ja) | リッジ型半導体レーザダイオードとその製造方法 | |
| US5629232A (en) | Method of fabricating semiconductor light emitting devices | |
| US5222091A (en) | Structure for indium phosphide/indium gallium arsenide phosphide buried heterostructure semiconductor | |
| JP2685720B2 (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JPH0382184A (ja) | 高抵抗埋め込み半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JPH03133189A (ja) | 高抵抗半導体層埋め込み型半導体レーザ | |
| JP2550714B2 (ja) | 高抵抗半導体層埋め込み型半導体レーザ | |
| JP2780337B2 (ja) | 高抵抗半導体層埋め込み型半導体レーザ | |
| JP2869995B2 (ja) | 高抵抗半導体層埋め込み型半導体レーザの製造方法 | |
| JP2539416B2 (ja) | 半導体レ−ザ装置 | |
| JP2555984B2 (ja) | 半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JPH02244690A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| KR100366041B1 (ko) | 반도체레이저다이오드및그제조방법 | |
| JP2716717B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH08222809A (ja) | 半導体発光装置 | |
| JPH1140897A (ja) | 半導体レーザ素子及びその製造方法 | |
| JPH0758403A (ja) | 高抵抗埋め込み半導体レーザ | |
| JPH03120775A (ja) | 埋め込み構造半導体レーザおよびその製造方法 | |
| JPH07120836B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JP2940185B2 (ja) | 埋め込み型半導体レーザ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070822 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080822 Year of fee payment: 12 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |