CN102110953B - 半导体光元件和集成型半导体光元件 - Google Patents

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Abstract

本发明能够获得半导体光元件和集成型半导体光元件，其中，在台面条状的层叠体的侧部具有埋入层的半导体光元件和集成型半导体光元件中，能够抑制在埋入层中流过的无效电流，并且实现高速响应特性。形成有在p型半导体衬底(1)上从下层起至少依次层叠了p型包覆层(2)、活性层(3)和n型包覆层(4)的台面条状的层叠体，在层叠体的侧部形成有埋入层，在埋入层中从下层起依次层叠有第一p型半导体层(5)、第一n型半导体层(6)、Fe掺杂半导体层(7)、第二n型半导体层(8)、低载流子浓度半导体层(9)和第二p型半导体层(10)，Fe掺杂半导体层(7)不在由第一p型半导体层(5)和第一n型半导体层(6)构成的结晶面的(111)B面上生长，第二n型半导体层(8)不在由第一n型半导体层(5)、第一n型半导体层(6)和Fe掺杂半导体层(7)构成的结晶面的(111)B面上生长。

Description

半导体光元件和集成型半导体光元件
技术领域
本发明涉及例如应用于光通信系统中的半导体光元件和集成型半导体光元件。 
背景技术
近年来，关于半导体光元件，从省电力化、抑制元件的温度上升等观点出发，要求高效率地利用被注入的电流，并且与以往相比需要以高速进行工作的用途增加。例如在半导体光元件是埋入型半导体激光器的情况下，为了实现高效率化，为了将电流高效率地注入到将电转换为光的活性层中，需要对在活性层的两侧形成的、具有电流阻塞(current blocking)功能的埋入层中流动的无效电流进行抑制。此外，同样地在埋入型半导体激光器中，为了实现高速响应特性，需要使埋入层的寄生电容减少。 
为了同时实现高效率化和高速响应特性，已知将具有捕捉电子的特性的被掺杂了Fe的半绝缘性半导体层用作埋入层是有效的。在图10(a)中表示将该Fe掺杂半导体层用作埋入层的半导体光元件(埋入型半导体激光器)。 
在图10(a)中，形成有在InP衬底51上从下层起依次层叠了p型包覆InP层52、活性层53和n型包覆InP层54的台面条状(mesa stripeshaped)的层叠体，在层叠体的两侧形成有埋入层。在埋入层中，从下层起依次层叠有第一p型InP层55、第一n型InP层56和Fe掺杂半导体层57。在层叠体和埋入层上，形成有n型接触层58。此外，第一p型InP层55和Fe掺杂半导体层57相互接触。 
在这里，Fe掺杂半导体层57，当与具有作为p型半导体的代表的掺杂物的Zn的半导体层接触而形成时，由于Fe和Zn的剧烈的相互扩散，从而向p型半导体层变化。在该情况下，如图10(a)中所示那样，在埋入层中出现与半导体光元件的作用无关的漏电流的路径，存在无效电流增加而效率降低，并且高速响应特性劣化的问题。 
为了解决这样的问题，提出了以不与p型半导体层接触的方式使 Fe掺杂半导体层生长，或以n型半导体层隔离Fe掺杂半导体层等的方法。在图10(b)、(c)中表示以不与p型半导体层接触的方式使Fe掺杂半导体层生长的半导体光元件(埋入型半导体激光器)。此外，在图10(d)中表示以n型半导体层隔离了Fe掺杂半导体层的半导体光元件(埋入型半导体激光器)。 
在图10(b)中，埋入层由与图10(a)所示的埋入层相同的层构成，但第一p型InP层55和Fe掺杂半导体层57不接触。此外，在图10(c)中，埋入层在图10(b)所示的埋入层之外，还具有第二n型InP层59和第二p型InP层60，第一p型InP层55和Fe掺杂半导体层57不接触。 
此外，在图10(d)中，埋入层由与图10(c)所示的埋入层相同的层构成，但Fe掺杂半导体层57通过n型半导体而被隔离。 
在以与p型半导体层不接触的方式使Fe掺杂半导体层57生长的情况下，如图10(b)、(c)中所示那样，存在n型半导体层汇集，由此无效电流增加而效率降低的问题。 
此外，在以n型半导体层隔离Fe掺杂半导体层57的情况下，如图10(d)中所示那样，半绝缘性的Fe掺杂半导体层57被n型半导体层包围，由此第一p型InP层55的上部和第二p型InP层60的下部成为大致相同电位，存在埋入层的寄生电容增大，高速响应特性劣化的问题。 
即，在将Fe掺杂半导体层用作埋入层的半导体光元件中，存在通过Fe和Zn的相互扩散，从而无效电流增加而效率降低，并且高速响应特性劣化的问题。 
因此，为了解决这样的问题，提出了将被掺杂了相互扩散几乎不发生的Ru的半绝缘性半导体层用作埋入层(例如，参照专利文献1)。 
通过使用该Ru掺杂半导体层构成埋入层，即使不限制接触的半导体层的种类也可，因此能够使设计的自由度提高。此外，Ru掺杂半导体层具有捕捉电子和空穴的特性，因此对于抑制无效电流也是有效的。 
可是，Ru掺杂半导体层的为了像Fe掺杂半导体层那样获得良好的表面状态的结晶生长条件非常被局限，所以稳定性差，特别是已知在Ru掺杂半导体层的厚度厚的情况下，该倾向变得显著。此外，因为结晶生长条件被局限，所以存在难以获得高活性化率、高电阻率的情况。 因此存在如下问题，即存在难以为了使寄生电容减少而实现高速响应特性，使Ru掺杂半导体层较厚地生长的情况，或仅以Ru掺杂半导体层发挥电流阻塞功能的情况。 
此外，为了解决将Fe掺杂半导体层用作埋入层的半导体光元件的问题，提出了将低载流子浓度的半导体层用作埋入层(例如，参照专利文献2、3)。 
在图11中表示将该低载流子浓度的半导体层用作埋入层的半导体光元件(埋入型半导体激光器)。 
在图11中，形成有在InP衬底51上从下层起依次层叠了p型包覆InP层52、活性层53和n型包覆InP层54的台面条状的层叠体，在层叠体的两侧形成有埋入层。在埋入层中，从下层起依次层叠有第一p型InP层55、第一n型InP层56、非掺杂i型InP层61和第二p型InP层60。在层叠体和埋入层上，形成有n型接触层58。 
在将低载流子浓度的半导体层(非掺杂i型InP层61)用作埋入层的情况下，通过非掺杂i型InP层61的存在而耗尽层扩展，埋入层的寄生电容减少，因此能够使高速响应特性提高。 
专利文献1：日本专利第4249222号公报 
专利文献2：日本特开平8-213691号公报 
专利文献3：美国专利第5636237号说明书 
本发明要解决的课题 
可是，在现有技术中，存在以下的课题。 
在专利文献2、3所示的半导体光元件中，在台面条状的层叠体的两侧的埋入层中使低载流子浓度的半导体层生长的情况下，低载流子浓度的半导体层在台面条状部的附近(特别是在埋入层的n型半导体层和n型包覆半导体层或n型接触层之间)异常地生长。此外，已知在低载流子浓度的半导体层的厚度厚的情况下，该倾向变得显著。 
因此，在该情况下，因为低载流子浓度的半导体层显示出弱n型半导体的性质，所以如图11中所示，在埋入层中出现漏电流的路径，存在无效电流增加而效率降低的问题。此外，在为了抑制在埋入层中流动的无效电流而使低载流子浓度的半导体层较薄地生长的情况下，存在埋入层的寄生电容增大而高速响应特性劣化的问题。 
再有，无效电流的增加而造成不良影响，不仅是针对仅具有一个功能的单体的半导体光元件，针对追求高速响应特性、省电力化的集成型半导体光元件也是同样的。在集成型半导体光元件中，因为其结构变得复杂，所以难以抑制无效电流的情况较多。此外，由于在集成型半导体光元件中，相互具有不同的功能，邻接的被集成的半导体区域相互具有不同的结构，此外不能较大地变更结构，所以难以抑制向集成的半导体区域的漏电流的情况较多。 
在这里，作为例子，在图12中表示在半导体激光器中使波导半导体层对接(butt joint)再生长的集成型半导体光元件。 
在图12中，形成有在InP衬底上层叠的p型包覆InP层52上从下层起依次层叠了活性层53和n型包覆InP层54的台面条状的层叠体。在层叠体的侧部，使用选择生长用绝缘膜掩膜62，从下层起依次层叠有非掺杂i型半导体层63和非掺杂i型InP层61。 
在图12所示的集成型半导体光元件中，存在从半导体激光器部的上侧包覆层朝向波导的上侧包覆层流动的电流路径，特别在半导体激光器部的上侧包覆层是n型半导体的情况下，难以抑制该漏电流。 
发明内容
本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于获得一种半导体光元件和集成型半导体光元件，在台面条状的层叠体的侧部具有埋入层的半导体光元件和集成型半导体光元件中，能够抑制无效电流，并且实现高速响应特性。 
用于解决课题的方案 
在本发明的半导体光元件中，形成有在p型半导体衬底上从下层起至少依次层叠了p型包覆层、活性层和n型包覆层的台面条状的层叠体，在层叠体的侧部形成有埋入层，其中，在埋入层中，从下层起依次层叠有第一p型半导体层、第一n型半导体层、Fe掺杂半导体层、第二n型半导体层、低载流子浓度半导体层和第二p型半导体层，Fe掺杂半导体层不在由第一p型半导体层和第一n型半导体层构成的结晶面的(111)B面上生长，第二n型半导体层不在由第一p型半导体层、第一n型半导体层和Fe掺杂半导体层构成的结晶面的(111)B面 上生长。 
此外，在本发明的半导体光元件中，形成有在p型半导体衬底上从下层起至少依次层叠了p型包覆层、活性层和n型包覆层的台面条状的层叠体，在层叠体的侧部形成有埋入层，其中，在埋入层中，从下层起依次层叠有第一p型半导体层、第一n型半导体层、低载流子浓度半导体层和第二p型半导体层，低载流子浓度半导体层不在由第一p型半导体层和第一n型半导体层构成的结晶面的(111)B面上生长。 
此外，在本发明的集成型半导体光元件中，在形成有在p型半导体衬底上从下层起至少依次层叠有p型包覆层、活性层和n型包覆层的台面条状的层叠体的半导体光元件的侧部，通过选择生长形成有再生长半导体层，其中，作为再生长半导体层的最下层，层叠有p型或低载流子浓度的AlInAs层或AlGaAs层。 
发明的效果 
根据本发明的半导体光元件，在埋入层中形成的Fe掺杂半导体层不在由第一p型半导体层和第一n型半导体层构成的结晶面的(111)B面上生长，此外，在埋入层中形成的第二n型半导体层不在由第一p型半导体层、第一n型半导体层和Fe掺杂半导体层构成的结晶面的(111)B面上生长。由此，从第一p型半导体层和第二p型半导体层，作为其掺杂物的Zn不扩散到Fe掺杂半导体层。 
此外，根据本发明的半导体光元件，在埋入层中形成的低载流子浓度半导体层，不在由第一p型半导体层和第一n型半导体层构成的结晶面的(111)B面上生长。由此，不用考虑相互扩散而能够构成半导体光元件。 
因此，能够获得可抑制在埋入层中流过的无效电流、并且可实现高速响应特性的半导体光元件。 
此外，根据本发明的集成型半导体光元件，在形成有台面条状的层叠体的半导体光元件的侧部形成的再生长半导体层的最下层，层叠有p型或低载流子浓度的AlInAs层或AlGaInAs层。通过使用对电子的阻挡高的AlInAs层或AlGaInAs层，能够获得可抑制无效电流、并且可实现高速响应特性的集成型半导体光元件。 
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的半导体光元件的结构的剖面图。 
图2是表示本发明的实施方式1的半导体光元件中的、Zn扩散后的非掺杂层的剖面图。 
图3(a)～(j)是表示本发明的实施方式1的半导体光元件的制造过程的流程图。 
图4是表示本发明的实施方式2的半导体光元件的结构的剖面图。 
图5是表示本发明的实施方式3的半导体光元件的结构的剖面图。 
图6是表示本发明的实施方式4的半导体光元件的结构的剖面图。 
图7是表示本发明的实施方式5的半导体光元件的结构的剖面图。 
图8是表示本发明的实施方式6的半导体光元件的结构的剖面图。 
图9是表示本发明的实施方式7的集成型半导体光元件的结构的剖面图。 
图10(a)～(d)是表示现有的半导体光元件的结构的剖面图。 
图11是表示现有的半导体光元件的其它结构的剖面图。 
图12是表示现有的集成型半导体光元件的结构的剖面图。 
附图标记说明 
1InP衬底、2p型包覆InP层、3活性层、4n型包覆InP层、5第一p型InP层、6第一n型InP层、7Fe掺杂InP层、8第二n型InP层、9非掺杂i型InP层、10第二p型InP层、11n型接触层、12Ru掺杂InP层、13衍射光栅层、14衍射光栅埋入层、15绝缘膜掩膜、16隔离用的槽、17绝缘膜、18电极、19ru掺杂半导体层、20p型AlInAs层、21选择生长用绝缘膜掩膜、22非掺杂i型半导体层。 
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的半导体光元件和集成型半导体光元件的优选实施方式进行说明，在各图中针对相同、或相当的部分赋予同一附图标记进行说明。 
实施方式1 
图1是表示本发明的实施方式1的半导体光元件的结构的剖面图。 在这里，作为半导体光元件，以分布反馈型半导体激光器为例进行说明。 
在图1中，形成有在InP衬底1上从下层起依次层叠了p型包覆InP层2、活性层3和n型包覆InP层4的台面条状的层叠体，在层叠体的两侧形成有埋入层。在埋入层中，从下层起依次层叠有第一p型InP层5、第一n型InP层6、Fe掺杂半导体层7、第二n型InP层8、非掺杂i型InP层9和第二p型InP层10。在层叠体和埋入层上，形成有n型接触层11。 
此外，在图1中，在埋入层中形成的半绝缘性的Fe掺杂半导体层7不与将Zn作为掺杂物的p型半导体层接触，进而，也不与非掺杂i型InP层9中的Zn扩散了的区域接触。由此，不发生Fe与Zn的相互扩散，不会在埋入层中出现漏电流的路径。此外，因为在非掺杂i型InP层9的上层部中由于Zn扩散而成为p型半导体，所以不会经由显示出与n型半导体近似的特性的非掺杂层产生漏电流。 
为了实现这样的结构，Fe掺杂半导体层7和第二n型InP层8不在(111)B上生长是不可缺少的。这种情况是通过将台面条状的层叠体的高度充分提高，并且在使Fe掺杂半导体层7和第二n型InP层8生长时，将HCl等的卤化气体导入生长槽内而实现的。 
此外，在Fe掺杂半导体层7和第二n型InP层8生长之后，非掺杂i型InP层生长，但最终需要非掺杂i型InP层9与Fe掺杂半导体层7接触、以及如图2所示，非掺杂i型InP层9中的Zn扩散后的区域12不与Fe掺杂半导体层7接触。即，需要非掺杂i型InP层9的形状控制。 
因此，在这里也对应于需要，在使非掺杂i型InP层9生长时，将HC l等的卤化气体导入生长槽内。此外，台面条状的层叠体的高度、非掺杂i型InP层9的下部的各层的厚度、以及非掺杂i型InP层9的厚度和形状，也考虑依赖于半导体光元件制作时的温度等的Zn的扩散长度来决定。 
接着，一边参照图3(a)～(i)，一边对本发明的实施方式1的半导体光元件的制造过程进行说明。 
首先，在面方位(100)的p型半导体InP衬底上层叠的p型包覆InP层2上，从下层起依次层叠活性层3和n型包覆InP层4(参照图 3(a))。这时，在n型包覆InP层4的内部，形成有衍射光栅层13。 
接着，在n型包覆InP层4的内部衍射光栅层13中，以成为需要的振荡波长的方式，通过干涉曝光或电子束曝光等形成衍射光栅的光栅。此外，在衍射光栅层13上，进一步层叠n型包覆InP层4，形成衍射光栅埋入层14(参照图3(b)、(c))。 
接着，在衍射光栅埋入层14上，以宽度1～2μm左右形成SiO2等的绝缘膜掩膜15。 
接着，通过使用了反应性气体的干法蚀刻或使用了药水的湿法蚀刻，形成高度2～5μm左右的台面条状的层叠体(参照图3(e))。 
接着，在台面条状的层叠体的两侧，从下层起依次层叠第一p型InP层5、第一n型InP层6、Fe掺杂半导体层7、第二n型InP层8、非掺杂i型InP层9和第二p型InP层10(参照图3(f))。这时，Fe掺杂半导体层7不在由第一p型InP层5和第一n型InP层6构成的结晶面的(111)B面上生长，进而第二n型InP层8不在由第一p型InP层5、第一n型InP层6和Fe掺杂半导体层7构成的结晶面的(111)B面上生长。 
接着，除去绝缘膜掩膜15，在层叠体和埋入层上，生长n型接触层11(参照图3(g))。 
接着，为了使埋入层的寄生电容减少，以台面条状的层叠体为中心残留5～10μm左右，在两侧形成隔离用的槽16(参照图3(h))。 
接着，在最表面成膜绝缘膜17，以台面条状的层叠体为中心以3～5μm左右的宽度除去绝缘膜17(参照图3(i))。 
接着，在除去了绝缘膜17的地方形成电极18，在p型半导体InP衬底侧，衬底也被磨削到适合的厚度，形成电极18(参照图3(j))。 
之后，利用结晶的解理面(cleavage plane)形成光学端面，在光学端面实施用于控制反射率的涂覆。最后元件间被切开，完成半导体光元件。 
在上述专利文献2、3所示的半导体光元件中，p型半导体层和相当于Fe掺杂半导体层的半绝缘性InP电流阻塞层相接，由此发生Fe和Zn的相互扩散，漏电流增加。相对于此，在本发明的实施方式1的半导体光元件中，其特征在于p型半导体层和Fe掺杂半导体层7不接触，与专利文献2、3明显不同。 
如上所述，根据实施方式1，在埋入层中形成的Fe掺杂半导体层不在由第一p型半导体层和第一n型半导体层构成的结晶面的(111)B面上生长，此外，在埋入层中形成的第二n型半导体层不在由第一p型半导体层、第一n型半导体层和Fe掺杂半导体层构成的结晶面的(111)B面上生长。 
由此，从第一p型半导体层和第二p型半导体层，作为其掺杂物的Zn不扩散到Fe掺杂半导体层。 
因此，能够获得可抑制在埋入层中流过的无效电流、并且可实现高速响应特性的半导体光元件。 
实施方式2 
图4是表示本发明的实施方式2的半导体光元件的结构的剖面图。 
在图4中，在该分布反馈型半导体激光器中，图1所示的第二n型InP层8被置换为非掺杂i型InP层9。 
根据该实施方式2，能够获得与实施方式1同样的效果，并且不需要使第二n型InP层生长的工序，因此能够使工序简略化。 
实施方式3 
图5是表示本发明的实施方式3的半导体光元件的结构的剖面图。 
在图5中，在该分布反馈型半导体激光器中，图1所示的第二n型InP层8、非掺杂i型InP层9和第二p型InP层10这三层被置换为Ru掺杂半导体层19。 
再有，代替第二n型InP层8、非掺杂i型InP层9和第二p型InP层10这三层，也可以仅是非掺杂i型InP层9、或非掺杂i型InP层9和第二p型InP层10这两层、或第二n型InP层8和非掺杂i型InP层9这两层被置换为Ru掺杂半导体层19。 
根据该实施方式3，由于几乎不发生Ru与Zn的相互扩散，所以与上述实施方式1相比较，存在不需要将台面条状的层叠体和埋入层控制为考虑了相互扩散的形状的优点。此外，相对于Fe掺杂半导体层仅捕捉电子，Ru掺杂半导体层具有捕捉电子和空穴的特性，因此对于抑制漏电流也是有效的。 
另一方面，Ru掺杂半导体层为了获得高电阻率的结晶生长条件非 常被局限，因此如上述专利文献1中所示那样，在埋入层中仅使用特别厚的Ru掺杂半导体层的情况下，存在难以抑制无效电流的情况。此外，如日本专利第4049562号公报中公开的那样，即使在使用薄Ru掺杂半导体层的情况下，在Ru掺杂半导体层的电阻率低时，抑制无效电流的效果降低。 
相对于此，在该实施方式3中，即使Ru掺杂半导体层的电阻率与低载流子浓度半导体层(非掺杂i型InP层)是同等程度，如果不发生Ru和Zn的相互扩散的话，就能够以Fe掺杂半导体层充分抑制漏电流，减少埋入层的寄生电容，因此与专利文献1的技术相比，能够获得稳定的特性。 
实施方式4 
图6是表示本发明的实施方式4的半导体光元件的结构的剖面图。在这里，作为半导体光元件，以分布反馈型半导体激光器为例进行说明。 
在图6中，形成有在InP衬底1上从下层起依次层叠了p型包覆InP层2、活性层3和n型包覆InP层4的台面条状的层叠体，在层叠体的两侧形成有埋入层。 
在埋入层中，从下层起依次层叠有第一p型InP层5、第一n型InP层6、非掺杂i型InP层9和第二p型InP层10。在层叠体和埋入层上，形成有n型接触层11。 
在这里，非掺杂i型InP层9不在由第一p型InP层5和第一n型InP层6构成的结晶面的(111)B面上生长。 
再有，其它的结构与实施方式1相同，因此省略说明。 
根据该实施方式4，由于不需要考虑相互扩散，所以与上述实施方式1相比，有容易实现半导体光元件的优点。此外，通过将低载流子浓度半导体层(非掺杂i型InP层)较厚地形成为0.5～3μm左右，从而减少埋入层的寄生电容，能够实现高速响应特性。 
再有，对应于低载流子浓度半导体层的厚度，需要控制台面条状的层叠体的高度和低载流子浓度半导体层的形状。这时，当以上述专利文献2所示那样生长时，低载流子浓度半导体层在台面条状部附近异常地生长，经由显示与n型半导体接近的性质的低载流子浓度半导 体层发生漏电流。因此，如专利文献2所示那样，仅能使低载流子浓度半导体层生长到0.3μm左右的厚度，不能充分减少埋入层的寄生电容。 
相对于此，在本发明的实施方式4的半导体光元件中，在使低载流子浓度半导体层生长时，通过将HCl等的卤化气体导入生长槽内，从而能够抑制向(111)B面的低载流子浓度半导体层的生长。因此，即使在使低载流子浓度半导体层较厚地生长的情况下，也能够充分地抑制漏电流，并且通过厚的低载流子浓度半导体层减少埋入层的寄生电容，实现高速响应特性。 
实施方式5 
图7是表示本发明的实施方式5的半导体光元件的结构的剖面图。 
在图7中，在该分布反馈型半导体激光器中，图1所示的第一p型InP层5被置换为p型AlInAs层20。再有，图1所示的第一p型InP层5置换为p型AlGaInAs层也可，第一p型InP层5的一部分置换为p型AlInAs层20或p型AlGaInAs层也可。 
根据该实施方式5，通过使用对电子的阻挡高的AlInAs层或AIGaInAs层，与上述实施方式1相比，能够更充分地抑制漏电流。 
再有，对图6所示的第一p型InP层5也能够应用与该实施方式5同样的结构。 
实施方式6 
图8是表示本发明的实施方式6的半导体光元件的结构的剖面图。 
在图8中，在该分布反馈型半导体激光器中，图1所示的第二p型InP层10被置换为p型AlInAs层20。再有，图1所示的第二p型InP层10被置换为p型AlGaInAs层也可，第二p型InP层10的一部分被置换为p型AlInAs层20或p型AlGaInAs层也可。 
根据该实施方式6，通过使用对电子的阻挡(bartier)高的AlInAs层或AlGaInAs层，与上述实施方式1相比，能够更充分地抑制漏电流。 
再有，对图6所示的第二p型InP层10也能够应用与该实施方式6同样的结构。此外，也可以组合该实施方式6和上述实施方式5进行应用也可。 
实施方式7 
图9是表示本发明的实施方式7的集成型半导体光元件的结构的剖面图。在这里，作为集成型半导体光元件，以在分布反馈型半导体激光器中使光波导对接再生长的集成型半导体光元件为例进行说明。 
在图9中，形成有在InP衬底上层叠的p型包覆InP层2上的一部分中从下层起依次层叠了活性层3和n型包覆InP层4的台面条状的层叠体。在层叠体的侧部，与实施方式1同样地形成埋入层，作为集成型半导体光元件的半导体激光器部形成有分布反馈型半导体激光器。此外，该半导体激光器部分被选择生长用绝缘膜掩膜21遮蔽，通过选择生长以与半导体激光器的谐振器端面连接的方式形成再生长半导体层，形成集成型半导体光元件的光波导部分。 
在再生长半导体层中，从下层起依次层叠有p型AlInAs层20、非掺杂i型InP层9和非掺杂i型半导体层22。再有，p型AlInAs层20是p型AlGaInAs层也可，是低载流子浓度的AlInAs层或AlGaInAs层也可。 
在这里，包含Al的层(p型AlInAs层20等)以不在选择生长后的最表面露出的方式形成。 
根据该实施方式7，通过使用对电子的阻挡高的AlInAs层或AlGaInAs层，能够获得可抑制漏电流、并且可实现高速响应特性的集成型半导体光元件。 
再有，当包含Al的层(p型AlInAs层等)在选择生长后露出于最表面时，在使接触层等再生长时，有发生Al的氧化层引起的生长异常的可能性。 
相对于此，在本发明的实施方式7的集成型半导体光元件中，在使包含Al的层生长后，立刻使用HCl等的卤化气体在生长槽内进行蚀刻，由此在包含Al的层接触大气之前，包含Al的层被之后层叠的InP层完全覆盖。因此，不发生生长异常，能够稳定地实现抑制了漏电流的集成型半导体光元件。 
再有，在上述实施方式1～7中，作为半导体光元件以分布反馈型半导体激光器为例进行了说明，但并不限定于此。实施方式1～7所示的埋入层结构也可以应用于法布里-珀罗型半导体激光器、半导体调制 器、半导体光放大器、光电二极管、雪崩型光电二极管等的半导体光元件。 
在这些情况下，也能够稳定地实现抑制无效电流或暗电流、具有高速响应特性的半导体光元件。 
再有，在上述实施方式7中，以使光波导与分布反馈型半导体激光器对接再生长的集成型半导体光元件为例进行了说明，但并不限定于此。使分布反馈型半导体激光器与半导体调制器、半导体光放大器等的半导体光元件集成而构成集成型半导体光元件也可。此外，将分布反馈型半导体激光器作为法布里-珀罗型半导体激光器、或脊型半导体激光器也可。 
在这些情况下，也能够稳定地实现可抑制无效电流或暗电流、具有高速响应特性的集成型半导体光元件。 
此外，在集成型半导体光元件的光波导、半导体调制器、半导体光放大器等的半导体光元件部分中，应用上述实施方式1～6的任一个所示的埋入层的结构也可。 
在这些情况下，也能够在集成的各个半导体光元件中抑制无效电流、使集成型半导体光元件整体的工作效率提高。 
此外，在集成型半导体光元件的分布反馈型半导体激光器或法布里-珀罗型半导体激光器、光波导、半导体调制器、半导体光放大器等至少一个半导体光元件部分的埋入层中，应用上述实施方式1～6的任一个所示的埋入层的结构也可。 
在这些情况下，通过在多处应用本发明的埋入层的结构，能够进一步抑制无效电流。 
此外，在上述实施方式1～7中，使极性反转也可。具体地，将p型半导体作为n型半导体，将n型半导体作为p型半导体也可。 
在该情况下，也能够获得与上述实施方式1～7同样的效果。 

Claims (5)

1.一种半导体光元件，形成有在p型半导体衬底上从下层起至少依次层叠了p型包覆层、活性层和n型包覆层的台面条状的层叠体，在所述层叠体的侧部形成有埋入层，其特征在于，
所述埋入层具有：第一p型半导体层，与所述半导体衬底和所述层叠体的侧部相接形成；第一n型半导体层，与所述第一p型半导体层相接形成；Fe掺杂半导体层，以不在所述第一n型半导体层的(111)B面生长的方式与所述第一n型半导体层相接形成；第二n型半导体层，以不在所述Fe掺杂半导体层的(111)B面生长的方式与所述Fe掺杂半导体层相接形成；低载流子浓度半导体层，与所述第二n型半导体层相接且完全覆盖所述第二n型半导体层并且与所述Fe掺杂半导体层、所述第一n型半导体层以及所述第一p型半导体层的(111)B面相接形成；第二p型半导体层，与所述低载流子浓度半导体层相接且完全覆盖所述低载流子浓度半导体层。
2.根据权利要求1所述的半导体光元件，其特征在于，将所述第二n型半导体层置换为所述低载流子浓度半导体层。
3.根据权利要求1所述的半导体光元件，其特征在于，将所述低载流子浓度半导体层，或所述低载流子浓度半导体层和所述第二p型半导体层这两层，或所述第二n型半导体层和所述低载流子浓度半导体层这两层，或所述第二n型半导体层、所述低载流子浓度半导体层和所述第二p型半导体层这三层的任一个，置换为Ru掺杂半导体层。
4.根据权利要求1至权利要求3的任一项所述的半导体光元件，其特征在于，将所述第一p型半导体层的整体或一部分置换为p型AlInAs层或p型AlGaInAs层。
5.根据权利要求1至权利要求3的任一项所述的半导体光元件，其特征在于，将所述第二p型半导体层的整体或一部分置换为p型AlInAs层或p型AlGaInAs层。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5920043B2 (ja) * 2012-06-15 2016-05-18 三菱電機株式会社 半導体レーザ及びその製造方法
JP2014225533A (ja) * 2013-05-15 2014-12-04 三菱電機株式会社 半導体レーザ及びその製造方法
JP2015162576A (ja) * 2014-02-27 2015-09-07 住友電気工業株式会社 半導体光集積素子、半導体光集積素子を作製する方法
JP6375207B2 (ja) * 2014-10-31 2018-08-15 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体レーザおよび半導体レーザの製造方法
JP6740780B2 (ja) * 2016-07-28 2020-08-19 三菱電機株式会社 光半導体装置
US20210313772A1 (en) * 2018-11-01 2021-10-07 Mitsubishi Electric Corporation Optical semiconductor device and method for manufacturing optical semiconductor device
US20220085574A1 (en) * 2020-09-14 2022-03-17 Lumentum Japan, Inc. Optical semiconductor device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5636237A (en) * 1995-01-31 1997-06-03 Nec Corporation Semiconductor laser device which makes it possible to realize high-speed modulation
CN1898842A (zh) * 2004-05-26 2007-01-17 日本电信电话株式会社 半导体光元件及其制造方法
JP4049562B2 (ja) * 2001-09-06 2008-02-20 日本電信電話株式会社 埋込型半導体光素子
CN101593930A (zh) * 2008-05-26 2009-12-02 三菱电机株式会社 半导体激光器及其制造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05251812A (ja) * 1992-03-06 1993-09-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 量子井戸構造光変調器付き分布帰還型半導体レーザおよびその製造方法
DE60212755T2 (de) 2001-04-18 2006-11-16 Nippon Telegraph And Telephone Corp. Optische Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren
JP4792854B2 (ja) * 2005-07-25 2011-10-12 三菱電機株式会社 半導体光素子及びその製造方法
JP2008053649A (ja) * 2006-08-28 2008-03-06 Mitsubishi Electric Corp 埋め込み型半導体レーザ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5636237A (en) * 1995-01-31 1997-06-03 Nec Corporation Semiconductor laser device which makes it possible to realize high-speed modulation
JP4049562B2 (ja) * 2001-09-06 2008-02-20 日本電信電話株式会社 埋込型半導体光素子
CN1898842A (zh) * 2004-05-26 2007-01-17 日本电信电话株式会社 半导体光元件及其制造方法
CN101593930A (zh) * 2008-05-26 2009-12-02 三菱电机株式会社 半导体激光器及其制造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开平8-213691A 1996.08.20
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