JPH0548072A - 半導体素子 - Google Patents

半導体素子

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JPH0548072A
JPH0548072A JP20170191A JP20170191A JPH0548072A JP H0548072 A JPH0548072 A JP H0548072A JP 20170191 A JP20170191 A JP 20170191A JP 20170191 A JP20170191 A JP 20170191A JP H0548072 A JPH0548072 A JP H0548072A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
semiconductor laser
single crystal
buffer
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JP20170191A
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English (en)
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Mitsuru Sugo
満 須郷
Hidefumi Mori
英史 森
Yoshio Ito
義夫 伊藤
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NTT Inc
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】Si電子回路と半導体レーザ、またはさらに受
光器を設けた半導体素子において、長時間安定して動作
する長寿命の半導体レーザを提供する。 【構成】Si基板上に、Siからなる電子回路と、少なく
とも1種以上の単結晶化合物半導体層(例えば、GaAs
およびInGaAsのバッファ層を介して単結晶InP半導
体層を積層する)を介して、波長が1.4μm以上の長
波長光を発振する半導体レーザおよび受光器を集積して
構成した半導体素子。 【効果】バッファ層を介して積層することによりInP
半導体層の転位密度および残留応力を低減することがで
き、レーザの発振波長を1.4μm以上とすることがで
き長寿命の半導体レーザが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、Siからなる半導体基
板本体上に、単結晶化合物半導体層を積層して構成した
半導体基板を用い、Si電子回路と半導体レーザを集積
した半導体素子またはSi電子回路と半導体レーザおよ
び受光器を集積した半導体素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、単結晶Siよりなる半導体基板本
体上に、元素の周期表III−V族からなる化合物半導体
層を積層して構成した半導体素子の提案がなされてい
る。現在までに行われている素子応用のうちで半導体レ
ーザの作製は、III−V族化合物半導体による光素子
と、Si-LSIの光・電子融合を可能とする重要な技術
である。これまでに検討されているSi基板上の半導体
レーザの作製には、おもにGaAs材料が用いられていた
が、これらの半導体レーザには致命的な欠点があった。
それは、数時間の動作で劣化してしまい短寿命であるこ
とである。これは、Si基板上のGaAs膜内に存在する
高密度の転位と残留応力に起因することが明らかにされ
ている。このため、Si電子回路とGaAs系半導体レー
ザが集積された光・電子融合素子はいまだ実現されてい
ない。これに対して、GaAs以外の材料系で半導体レー
ザへの応用が検討されているものとして、アプライド
フイジックス レター、53巻(1988年)、第238
9頁〔Appl.Phys.Lett.,53(1988)p.23
89〕に記載されているInP系の1.3μm半導体レー
ザが挙げられる。この半導体レーザについて特筆すべき
点は、GaAs系半導体レーザで見られるような急激な劣
化がないことである。半導体レーザの寿命に対する材料
依存性は、Si基板上に限らず、通常の半導体レーザに
おいても言われていることである。しかし、このInP
系半導体レーザにおいても急激ではないが、徐々に駆動
電流が増加して半導体素子の劣化が見られ、実用レベル
からみると依然問題が存在していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来技術における問題点を解消するものであって、
単結晶Siからなる半導体基板本体上に、単結晶化合物
半導体層を積層して構成した半導体基板を用いて、Si
電子回路と半導体レーザ、またはさらに受光器を集積し
て構成した半導体素子において、長時間安定して動作す
る半導体レーザを提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、Siからなる半導体基板本体上に、単結晶
InPからなる半導体層を積層し、Si電子回路と半導体
レーザ、またはSi電子回路と半導体レーザおよび受光
器を集積して半導体素子を構成するに際し、Siからな
る半導体基板本体と単結晶InPからなる半導体層との
間に、バッファ用半導体層を介して積層することによ
り、単結晶InPからなる半導体層を高品質化して、波
長が1.4μm以上の長波長光を発振する長寿命の半導
体レーザを実現するものである。
【0005】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を用いて
さらに詳細に説明する。 (実施例1)図1は、本実施例において作製した半導体
素子の構成の一例を示す摸式図である。図において、S
i基板1上に、Si-CMOS2と半導体レーザ3が集積
されている。このとき、半導体レーザ3は、GaAsから
なる第1のバッファ層4と、InGaAsからなる第2の
バッファ層5の上のInP層8上に作製されている。こ
の半導体レーザ3の活性層9は、多重量子井戸からな
り、バリヤ層は10nmのInGaAsP(波長1.3μ
m)、ウエル層は7.5nmのInGaAs(波長1.65μ
m)からなる。なお、ガイド層も100nmのInGaAs
P( 波長1.3μm)からなっている。ウエル層の総
数は6層とした。この時の発振波長は1.54μmであ
った。次に、化学エッチングによる選択エッチングによ
って、6μm幅のリッジ6を形成した。さらに、ドライ
エッチングによりミラー面を形成した。絶縁膜10とし
て、窒化シリコンを用い、300μm共振長のレーザと
した。作製した半導体レーザはp,n両電極11,12
が上方となるような構造とした。作製したSi基板1上
の半導体レーザ3は、室温においてしきい値55mAで
発振した。さらに、この半導体レーザ3は2mWの一定
出力による室温動作において、1500時間以上、駆動
電流が変化することなく、その劣化が見られなかった。
さらに、集積したSi-CMOS2からなる半導体レーザ
駆動回路により1GHzの高速動作を問題なく行うこと
ができた。言うまでもなく、本発明の半導体レーザは上
記した実施例に限定されるものではなく、1.4μm以
上の長波長を発振するものであれば、リッジ幅、活性層
は種々の構造のものが作製でき、また埋め込み型の構造
のものも作製可能である。
【0006】(実施例2)図2に、本実施例で作製した
半導体素子の構成の一例を示す。実施例1と同様に、S
i-CMOS2と半導体レーザ3の集積されているSi基
板1上には、InGaAsを受光層13とする受光器7が
集積されている。ただし、本実施例の半導体レーザ3は
InGaAsPバルク活性層9を有するDH構造であり、
発振波長は1.4μmであった。この半導体レーザ3
は、室温においてしきい値57mAで発振した。さら
に、この半導体レーザ3は2mWの一定出力による室温
動作において、1200時間以上、駆動電流が変化する
ことなく、その劣化が見られなかった。集積された受光
器7は、半導体レーザ3と同様に、第1のGaAsバッフ
ァ層4、第2のInGaAsバッファ層5上に形成したIn
P層8上に作製されている。本実施例の半導体素子によ
って、受光器7への入力光により変調された半導体レー
ザの発光信号が得られる半導体素子を実現することがで
きた。
【0007】
【発明の効果】本発明の半導体素子は、Siからなる電
子回路を塔載するSi基板上に、単結晶InPの半導体層
を積層して構成するが、この場合、バッファ用半導体層
を介して単結晶InP半導体層を積層することにより、
単結晶InP半導体層を高品質化することができる。高
品質化とは、具体的には半導体素子内の転位密度の低
減、残留応力の低減を意味する。さらに、集積された半
導体レーザの発振波長を1.4μm以上とすることによ
り長寿命の半導体レーザを実現するものである。これに
より、半導体レーザ動作時のダークライン欠陥の増殖を
抑制するのに有効であり、半導体レーザの長寿命化を実
現することができる。さらに、上記の半導体レーザの長
波長帯は、光ファイバの低損失の波長帯と一致している
ため伝送用の光素子として有望である。また、上記構造
の半導体レーザはSi-LSIとの融合による光・電子融
合回路のみならず、石英系導波路との融合による光集積
回路の実現を可能にする。これら集積回路の実現は、従
来のシステムの小型化、高性能化の可能性に留まらず、
将来の光交換、光コンピュータの実現に重要なキーデバ
イスになるものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1で例示した半導体素子の構成
の一例を示す摸式図。
【図2】本発明の実施例2で例示した半導体素子の構成
の一例を示す摸式図。
【符号の説明】
1…Si基板 2…Si-CMOS 3…半導体レーザ 4…第1のGaAsバッファ層 5…第2のInGaAsバッファ層 6…リッジ 7…受光器 8…InP層 9…活性層 10…絶縁層 11…p電極 12…n電極 13…受光層 14,15…電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリコン(Si)基板上に、Siからなる電
    子回路と、少なくとも1種以上の単結晶化合物半導体層
    を介して、波長が1.4μm以上の長波長光を発振する
    半導体レーザを集積してなることを特徴とする半導体素
    子。
  2. 【請求項2】シリコン(Si)基板上に、Siからなる電
    子回路と、少なくとも1種以上の単結晶化合物半導体層
    を介して、波長が1.4μm以上の長波長光を発振する
    半導体レーザおよび受光器を集積してなることを特徴と
    する半導体素子。
  3. 【請求項3】請求項1または請求項2において、シリコ
    ン(Si)基板上に積層する単結晶化合物半導体層が、
    GaAsからなる第1のバッファ層と、InGaAsからな
    る第2のバッファ層を介して、InP層からなる単結晶
    化合物半導体層を積層して構成したことを特徴とする半
    導体素子。
JP20170191A 1991-08-12 1991-08-12 半導体素子 Pending JPH0548072A (ja)

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