JPH0529703A - 半導体レ−ザ素子 - Google Patents

半導体レ−ザ素子

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JPH0529703A
JPH0529703A JP17962691A JP17962691A JPH0529703A JP H0529703 A JPH0529703 A JP H0529703A JP 17962691 A JP17962691 A JP 17962691A JP 17962691 A JP17962691 A JP 17962691A JP H0529703 A JPH0529703 A JP H0529703A
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JP
Japan
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layer
semiconductor laser
mesa
inp
carrier concentration
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Application number
JP17962691A
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English (en)
Inventor
Takayuki Matsuyama
隆之 松山
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Toshiba Corp
Toshiba Development and Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Engineering Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、メサ、トレンチを形成しないプレ−
ナ構造で、寄生容量を十分に低減し、超高速動作をする
素子を歩留まり良く得ることのできる半導体レ−ザ素子
を提供することを特徴とする。 【構成】n−InP基板1上に回折格子2、その上にn
−InGaAsガイド層3、InGaAsP活性層4、
アンチメルトバック層5、p−InPクラッド層6、p
−InGaAsPコンタクト層7を形成する。それらを
メサ状に加工する。次に、メサ周辺にp−InP埋め込
み層8、キャリア濃度が3×1016cm-3のn−InP
埋め込み層9、n−InGaAsキャップ層10をプレ
−ナ構造に形成する。コンタクト層表面に、ストライプ
状の幅8μmのAuZn層11を形成する。よって、電
極幅が10μm以下、かつキャリア濃度が5×1016
-3以下であるプレ−ナ構造であることを特徴としてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は10GHz 以上の超高速で
動作する半導体レ−ザ素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】より多くの情報を伝送するために、高速
の光通信システムの開発が盛んに行われている。このよ
うな光通信システムには、高速で動作する半導体レ−ザ
が不可欠である。半導体レ−ザを高速で動作させるため
には、以下の3点が重要であることが分かっている。 (1)素子の時定数を小さくする。 (2)緩和振動周波数を大きくする。 (3)ダンピングを低減する。
【0003】この中でも最も重要なことは、(1)の素
子の時定数を小さくすることである。(2)、(3)は
さらに高い周波数帯域で特に必要になる。以下、高速半
導体レ−ザにおいて、最も重要な素子の時定数を低減す
るための現状の技術について述べる。
【0004】光通信用の半導体レ−ザは、基本横モ−ド
発振が容易に得られる埋め込み構造を採用することが多
い。この埋め込み構造は、埋め込み層と呼ばれる電流ブ
ロックのために層を持つ。この部分に大きな寄生容量が
ある。この寄生容量を電気的に分離するため、活性層の
両横に溝を設けたり(トレンチ構造)、活性層周辺部分
以外の埋め込み層を除去する(メサ構造)方法が採られ
ている。例えば、エレクトロニクスレタ−ズ(ELEC
TRONICS LETTERS)誌、第21巻,第2
2号,第1144頁〜第1145頁(トレンチ構造)、
フォトニクステクノロジ−レタ−ズ(IEEE PHO
TONICS TECHNOLOGYLETTERS)
誌,第2巻,第4号,第229頁〜第230頁(メサ構
造)に報告されている。
【0005】トレンチ構造の半導体レ−ザの構造を図2
に示す。1回目の結晶成長でn−InP基板1上にIn
GaAs(P)とInPからなるダブルヘテロ結晶を成
長させ、このウェハをメサストライプ状に加工する(1
5)。次に2回目の結晶成長で、ストライプ周辺に、活
性層よりバンドギャプの大きい結晶、例えばp−InP
層8、n−InP層9を成長させ、埋め込み層を形成す
る。次に、ウェハ全面にSiO2 を形成しフォトリソグ
ラフィ−技術で活性層の両側にストライプ状の窓を開け
る。次に、エッチングにより活性層の両横の埋め込み層
に、基板に達するまでの溝(トレンチ)16を形成す
る。次に、ウェハ全面にSiO2膜12を形成し、フォ
トリソグラフィ−技術により、トレンチで挟まれた活性
層ストライプの上の部分のコンタクト層表面部分に、窓
を開ける。最後に、ウェハ表面にボンディングパッド1
9とp側電極17及び基板側のn側電極18を形成し、
幅400μm、共振器長300μmのサイズにへき開し
て完成する。
【0006】メサ構造の半導体レ−ザの構造を図3に示
す。トレンチ構造の半導体レ−ザと同様に、2回の結晶
成長で埋め込み構造のウェハを得る。次に、ウェハ全面
にSiO2 を形成し、フォトリソグラフィ−技術で活性
層周辺部分にのみストライプ状のSiO2 を形成する。
次に、SiO2をマスクとして、エッチングにより、活
性層の周辺部分以外の埋め込み層をエッチング除去す
る。次にウェハ全面にSiO2 を形成し、フォトリソグ
ラフィ−技術により、活性層ストライプの上の部分のコ
ンタクト層表面部分に窓を開ける。最後に、ウェハ表面
にボンディングパッド19とp側電極17及び基板側の
n側電極18を形成し、幅400μm、共振器長300
μmのへき開して完成する。
【0007】また、図4に電極幅をパラメ−タとして、
埋め込み層の寄生容量とキャリア濃度との関係を示す。
従来例において、埋め込み層のキャリア濃度は1×10
18cm-3であり、かつ電極幅(あるいはメサ幅)は5〜
20μmであるから,埋め込み層の寄生容量は2〜8p
Fとなってしまう。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来例で示したトレン
チ,メサ構造はプロセスが複雑である。また、寄生容量
を低くするためには電極幅、つまりトレンチ及びメサの
幅を、狭くしたほうがよい。しかしトレンチ及びメサは
エッチングで形成する。そのため幅を狭くする場合に、
活性層部分にまでエッチングが及ぶこともあり、メサ
(あるいはトレンチで挟まれたメサ部分)の幅を狭く制
御することが難しい。そのため、寄生容量を十分に低減
することが困難であり、従って高速動作する素子を得る
歩留まりが良くないという欠点があった。
【0009】本発明は上記欠点を解決するためのもの
で、トレンチ及びメサを形成しない、プロセスの簡単な
プレ−ナ構造で、寄生容量を十分に低減し、超高速動作
する素子を歩留まり良く得ることができる半導体レ−ザ
素子を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、第一の導電型
の半導体基板上に、第一または第二の導電型の活性層と
第二の導電型からなるクラッド層、第二の導電型からな
るコンタクト層とを順に積層してなるメサ形状の半導体
結晶を設け、これを前記活性層よりバンドギャップの大
きい第二の導電型の埋め込み層、および第一の導電型の
埋め込み層で埋め込み、前記コンタクト層上に形成され
たストライプ状の電極からなる半導体レ−ザにおいて、
前記ストライプ状の電極幅が10μm以下であり、かつ
前記第一または第二の導電型の埋め込み層のキャリア濃
度が5×1016cm-3以下であることを特徴とするもの
である。
【0011】
【作用】電極ストライプ幅を10μm以下とし、かつ埋
め込み層のキャリア濃度を5×1016cm-3以下に制御
することにより、埋め込み層の寄生容量が1pF以下と
なる(図4)。従って、素子の時定数を大幅に低減でき
る。そのため、メサやトレンチを形成して、埋め込み層
を電気的に分離する必要がない。従って、プレ−ナ構造
で超高速動作する素子を得ることができる。これは、電
極ストライプ幅が10μm以下とキャリア濃度が5×1
16cm-3以下の2つの条件を満足してはじめて実現で
きるものである。
【0012】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明を1.5μ
m帯分布帰還型半導体レ−ザに応用した例についての実
施例を示す。
【0013】図1は本発明による半導体レ−ザ素子の断
面斜視図である。まず、n−InP基板1上に干渉露光
法で回折格子2を形成し、その上に厚さ0.1μmのn
−InGaAsPガイド層3、厚さ0.1μmのInG
aAsP活性層4、厚さ0.03μmのアンチメルトバ
ック層5、厚さ2.5μmのp−InPクラッド層6、
厚さ0.3μmのp−InGaAsPコンタクト層7を
連続的に成長する。次に、フォトリソグラフィ−技術と
エッチング技術により、活性層の幅が約1μmになるよ
うに、ウェハを逆メサ状に加工する。
【0014】次に、2回目の結晶成長によって、メサ周
辺を厚さ2μmのp−InP埋め込み層8(キャリア濃
度:0.9×1018cm-3)、厚さ2μmのn−InP
埋め込み層9(キャリア濃度:3×1016cm-3)、厚
さ0.5μmのn−InGaAsPキャップ層10を成
長する。
【0015】この様にしてできたウェハの全面に厚さ
0.5μmのSiO2をストライプ状にエッチング除去
する。次にリフトオフ法により、窓が開いたコンタクト
層表面に、幅8μmのAuZn層(p側電極)11を蒸
着し合金化する。次に、埋め込み層上部(SiO2 12
の表面)にTi,Pt,Auからなる直径100μmの
ボンディングパッド13を、ストライプ状のAuZn合
金層11と電気的に接触するように形成する(リフトオ
フ法)。
【0016】次に、ボンディングパッド下部以外の部分
のSiO2 をエッチング除去する。最後に、基板側にA
uGe,Ni,Auからなる電極(n側電極)14を形
成し、幅400μm、共振器長300μmにへき開して
完成する。
【0017】本発明による半導体レ−ザ素子は、電極幅
が8μmかつ埋め込み層9のキャリア濃度が3×1016
cm-3である。上記実施例において、埋め込み層9のキ
ャリア濃度を3×1016cm-3としたが、埋め込み層8
のキャリア濃度を3×1016cm-3としてもよい。この
場合、漏洩電流を考慮すると、両埋め込み層8及び9の
キャリア濃度を3×1016cm-3とすることは望ましく
ない。
【0018】このように、半導体レ−ザ素子の電極幅及
び一方の埋め込み層のキャリア濃度を規定することによ
り、図4に示されるように、埋め込み層の寄生容量は1
pF以下となり、寄生容量が低減されたことが分かる。
【0019】図5は本発明による半導体レ−ザ素子の小
信号周波特性を従来の半導体レ−ザ素子と比較したもの
である。バイアス電流はしきい値電流+36mAとし
た。図中(A)は本発明、つまり電極幅10μmかつキ
ャリア濃度3×1016cm-3の場合の特性を示す。
(B)は電極幅10μmかつキャリア濃度1×1018
-3、(C)は電極幅400μmかつキャリア濃度3×
1016cm-3、(D)は電極幅400μmかつキャリア
濃度1×1018cm-3の場合を示す。(A)の場合、遮
断周波数(f-3dB)は18GHz が得られた。(B),
(C),(D)は従来の例であり、遮断周波数
(f-3dB)は0.5〜13.5GHz であった。これらの
場合時定数が大きいので、ロ−ルオフ現象が大きくみら
れ、最も特性の良い(B)でさえ、f-3dB=13.5GH
z であった。
【0020】また、本発明によれば、メサやトレンチを
形成して、埋め込み層を電気的に分離する必要がない。
即ち、プロセスが簡単で、メサ幅を注意深く制御する必
要がないプレ−ナ構造なので、ウェハ全面にわたり、歩
留まり良く高速動作をする素子を得ることがでる。
【0021】
【発明の効果】本発明により、メサ、トレンチを形成し
ない簡単なプレ−ナ構造で、寄生容量を十分に低減し、
高い歩留まりで超高速動作する半導体レ−ザ素子を得る
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の半導体レ−ザ素子の斜視図で
ある。
【図2】トレンチ構造の半導体レ−ザ素子の斜視図であ
る。
【図3】メサ構造の半導体レ−ザ素子の斜視図である。
【図4】埋め込み層キャリア濃度と寄生容量の関係を示
す図である。
【図5】本発明および従来の半導体レ−ザ素子の小信号
周波数特性を示す図である。
【符号の説明】
1…n−InP基板、2…回折格子、3…n−InGa
AsPガイド層、4…InGaAsP活性層、5…In
GaAsPアンチメルトバック層、6…p−InPクラ
ッド層、7…p−InGaAsPコンタクト層、8…p
−InP埋め込み層、9…n−InP埋め込み層、10
…n−InGaAsPキャップ層、11…AuZn合金
層(p側電極)、12…SiO2 膜、13…Ti/Pt
/Au(ボンディングパッド)、14…AuGe/Ni
/Au(n側電極)、15…メサストライプ、16…ト
レンチ(溝)、17…p側電極、18…n側電極、19
…ボンディングパッド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 第一の導電型の半導体基板上に、第一ま
    たは第二の導電型の活性層と第二の導電型からなるクラ
    ッド層、第二の導電型からなるコンタクト層とを順に積
    層してなるメサ形状の半導体結晶を設け、これを前記活
    性層よりバンドギャップの大きい第二の導電型の埋め込
    み層、および第一の導電型の埋め込み層で埋め込んでな
    り、前記コンタクト層上にストライプ状の電極を形成し
    てなる半導体レ−ザにおいて、前記ストライプ状の電極
    幅が10μm以下であり、かつ前記第一または第二の導
    電型の埋め込み層のキャリア濃度が5×1016cm-3
    下であることを特徴とした半導体レ−ザ素子。
JP17962691A 1991-07-19 1991-07-19 半導体レ−ザ素子 Pending JPH0529703A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9419411B2 (en) 2014-06-02 2016-08-16 Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. Semiconductor laser diode
US9466947B2 (en) 2014-08-22 2016-10-11 Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. Semiconductor laser diode with shortened cavity length
US9800021B2 (en) 2014-04-25 2017-10-24 Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. Semiconductor laser device and manufacturing method of the same
US20180076596A1 (en) 2014-04-25 2018-03-15 Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. Semiconductor laser device and manufacturing method of the same

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