JP2001044566A - 半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
半導体レーザおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザと光変調器とを集積した半導体
レーザにおいて、光変調器の高速変調のために、コンタ
クト層に起因する素子容量を低減すること。 【解決手段】 活性層を有する光導波路ストライプ１０
６を埋め込んだＩｎＰ層等の埋め込み層１０７に電流狭
窄用の高抵抗領域１１０が形成され、光導波路ストライ
プ１０６上に形成されるコンタクト層１０８の幅を狭く
することにより、プロトン注入により高抵抗化すること
が困難なコンタクト層に起因する素子容量を低減するよ
うに構成する。
レーザにおいて、光変調器の高速変調のために、コンタ
クト層に起因する素子容量を低減すること。 【解決手段】 活性層を有する光導波路ストライプ１０
６を埋め込んだＩｎＰ層等の埋め込み層１０７に電流狭
窄用の高抵抗領域１１０が形成され、光導波路ストライ
プ１０６上に形成されるコンタクト層１０８の幅を狭く
することにより、プロトン注入により高抵抗化すること
が困難なコンタクト層に起因する素子容量を低減するよ
うに構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザおよび
その製造方法に関し、特に光通信用に適した電界吸収型
光変調器（以下変調器と略す）と半導体レーザとを集積
した変調器集積半導体レーザ、とくにＤＦＢ(分布帰還
型：distributed feedback)レーザおよびその製造方法
に関する。
その製造方法に関し、特に光通信用に適した電界吸収型
光変調器（以下変調器と略す）と半導体レーザとを集積
した変調器集積半導体レーザ、とくにＤＦＢ(分布帰還
型：distributed feedback)レーザおよびその製造方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信用半導体レーザでは、光出力を高
速で変調させることが重要であり、そのためには、素子
容量を低減することが重要な要素の一つとなっている。
通常、光通信用半導体レーザは、活性層両脇にｐｎｐｎ
サイリスタ層や高抵抗領域を設けて活性層へ効率よく電
流注入する埋込構造が用いられている。
速で変調させることが重要であり、そのためには、素子
容量を低減することが重要な要素の一つとなっている。
通常、光通信用半導体レーザは、活性層両脇にｐｎｐｎ
サイリスタ層や高抵抗領域を設けて活性層へ効率よく電
流注入する埋込構造が用いられている。
【０００３】このうち、素子容量低減の点では高抵抗領
域による埋込構造が適している。高抵抗領域を形成する
方法として、プロトン注入による高抵抗化が知られてお
り、この手法を使った従来の半導体レーザに関してはJ.
Charil et al,Electron. Lett. 26th October 1989 Vo
l.25 No.22 pp.1477に記載されている。
域による埋込構造が適している。高抵抗領域を形成する
方法として、プロトン注入による高抵抗化が知られてお
り、この手法を使った従来の半導体レーザに関してはJ.
Charil et al,Electron. Lett. 26th October 1989 Vo
l.25 No.22 pp.1477に記載されている。
【０００４】従来構造は図３に示すように、ｎ型のＩｎ
Ｐ基板３０１上には、活性層を含む光導波路ストライプ
３０６が形成され、ｐ型のＩｎＰからなる埋め込み層３
０７、ｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３０８が
形成されている。その表面からは，選択的にプロトン注
入されて、埋め込み層３０７の中央部を残して両側を高
抵抗領域３１０としている。なお、３１２はｐ側電極、
３１３はｎ側電極である。
Ｐ基板３０１上には、活性層を含む光導波路ストライプ
３０６が形成され、ｐ型のＩｎＰからなる埋め込み層３
０７、ｐ−ＩｎＧａＡｓからなるコンタクト層３０８が
形成されている。その表面からは，選択的にプロトン注
入されて、埋め込み層３０７の中央部を残して両側を高
抵抗領域３１０としている。なお、３１２はｐ側電極、
３１３はｎ側電極である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例の構成で
は、ｐ側電極３１２が素子全面に形成されているため、
高抵抗領域による埋込構造といえども大きな素子容量を
発生させてしまう。
は、ｐ側電極３１２が素子全面に形成されているため、
高抵抗領域による埋込構造といえども大きな素子容量を
発生させてしまう。
【０００６】また、素子容量低減の手法として、パッド
電極構造が考えられるが、コンタクト層３０８に用いて
いるＩｎＧａＡｓ、或いはＩｎＧａＡｓＰといった、Ｉ
ｎＰに比べてバンドギャップの小さい混晶はプロトン注
入による高抵抗化が困難であるため、コンタクト層３０
８を介して高抵抗領域３１０を介した寄生容量が残って
しまう。従って、この従来例においては、１０Ｇｂ／ｓ
クラスの超高速動作に対し十分な素子容量低減が出来な
い。
電極構造が考えられるが、コンタクト層３０８に用いて
いるＩｎＧａＡｓ、或いはＩｎＧａＡｓＰといった、Ｉ
ｎＰに比べてバンドギャップの小さい混晶はプロトン注
入による高抵抗化が困難であるため、コンタクト層３０
８を介して高抵抗領域３１０を介した寄生容量が残って
しまう。従って、この従来例においては、１０Ｇｂ／ｓ
クラスの超高速動作に対し十分な素子容量低減が出来な
い。
【０００７】本発明の主な目的は、プロトン等のイオン
注入で形成された高抵抗領域により埋め込まれた構造を
持つ１０Ｇｂ／ｓクラスの動作が可能な変調器集積ＤＦ
Ｂレーザを提供することにある。
注入で形成された高抵抗領域により埋め込まれた構造を
持つ１０Ｇｂ／ｓクラスの動作が可能な変調器集積ＤＦ
Ｂレーザを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によればプロトン
注入により高抵抗化された埋め込み層を有することを特
徴とする変調器集積分布帰還型半導体レーザが得られ
る。とくに、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ、或いは、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓコンタクト層を持ち、このコンタクト層が、活性
層ストライプ上に選択的に形成されている構造を有する
ことを特徴とする変調器集積ＤＦＢレーザが得られる。
注入により高抵抗化された埋め込み層を有することを特
徴とする変調器集積分布帰還型半導体レーザが得られ
る。とくに、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ、或いは、ｐ−ＩｎＧ
ａＡｓコンタクト層を持ち、このコンタクト層が、活性
層ストライプ上に選択的に形成されている構造を有する
ことを特徴とする変調器集積ＤＦＢレーザが得られる。
【０００９】また、プロトン注入により高抵抗化したＩ
ｎＰ層により埋め込まれた光変調器が集積された半導体
レーザにおいて、活性層直上部にのみ、ＩｎＧａＡｓＰ
若しくはＩｎＧａＡｓコンタクト層を設けたことを特徴
とする半導体レーザが得られ、ｐ−ＩｎＰからなる埋め
込み層のうちＭＱＷ活性層の両脇にプロトン注入による
高抵抗領域が形成され、コンタクト層は活性層直上の電
極形成部のみに設けられている。プロトン注入では高抵
抗化されにくいコンタクト層を、活性層直上のみに設け
ることにより、高抵抗領域を介した寄生容量が低減され
る。
ｎＰ層により埋め込まれた光変調器が集積された半導体
レーザにおいて、活性層直上部にのみ、ＩｎＧａＡｓＰ
若しくはＩｎＧａＡｓコンタクト層を設けたことを特徴
とする半導体レーザが得られ、ｐ−ＩｎＰからなる埋め
込み層のうちＭＱＷ活性層の両脇にプロトン注入による
高抵抗領域が形成され、コンタクト層は活性層直上の電
極形成部のみに設けられている。プロトン注入では高抵
抗化されにくいコンタクト層を、活性層直上のみに設け
ることにより、高抵抗領域を介した寄生容量が低減され
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】図１〜図７は本発明の一実施の形態例とし
て、変調器を集積したＤＦＢレーザの製造工程が示され
ている。活性層として４元系半導体であるＩｎＧａＡｓ
Ｐを用いる場合を例に説明する。まず、図１に示すよう
に、ｎ型ＩｎＰ等の半導体基板１０１上の一部領域に分
布帰還型のレーザ部１０２とするための回折格子１０３
を一方向に延在するように形成する。
て、変調器を集積したＤＦＢレーザの製造工程が示され
ている。活性層として４元系半導体であるＩｎＧａＡｓ
Ｐを用いる場合を例に説明する。まず、図１に示すよう
に、ｎ型ＩｎＰ等の半導体基板１０１上の一部領域に分
布帰還型のレーザ部１０２とするための回折格子１０３
を一方向に延在するように形成する。
【００１２】次に、図２に示すように、成長阻止マスク
としての一対の選択成長マスク１０５を回折格子１０３
の少なくとも中央部が露出するように形成し、変調器部
まで延在させている。一対のマスク１０５の間隔は一定
だが、各マスク１０５の幅は回折格子１０３に隣接する
領域の方が変調器部１０４に隣接する領域より広く形成
されている。レーザ部１０２と変調器部１０４との間の
分離領域でマスク１０５の幅が図示のように徐々に変化
している。
としての一対の選択成長マスク１０５を回折格子１０３
の少なくとも中央部が露出するように形成し、変調器部
まで延在させている。一対のマスク１０５の間隔は一定
だが、各マスク１０５の幅は回折格子１０３に隣接する
領域の方が変調器部１０４に隣接する領域より広く形成
されている。レーザ部１０２と変調器部１０４との間の
分離領域でマスク１０５の幅が図示のように徐々に変化
している。
【００１３】次に、図３に示すように、マスク１０５以
外の領域上にレーザ部と変調器部を構成するための結晶
成長を行う。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ等の４元系半導体
でガイド層６１、活性層６２、光閉じ込め層（図示せ
ず）を積層し、その上にＩｎＰ等のクラッド層６４を積
層すると、マスク１０５の中央開口に沿った一定幅の活
性層を含む光導波路ストライプ１０６が形成される。
外の領域上にレーザ部と変調器部を構成するための結晶
成長を行う。例えば、ＩｎＧａＡｓＰ等の４元系半導体
でガイド層６１、活性層６２、光閉じ込め層（図示せ
ず）を積層し、その上にＩｎＰ等のクラッド層６４を積
層すると、マスク１０５の中央開口に沿った一定幅の活
性層を含む光導波路ストライプ１０６が形成される。
【００１４】次に、選択成長マスク１０５の開口幅を広
げるようにエッチングした後、図４に示すように、選択
成長法により、ｐ−ＩｎＰ層等からなる埋め込み層１０
７層と、電極とのオーミック接触のためのコンタクト層
１０８（ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰ等）を順次積層
し、結晶成長を終了する。
げるようにエッチングした後、図４に示すように、選択
成長法により、ｐ−ＩｎＰ層等からなる埋め込み層１０
７層と、電極とのオーミック接触のためのコンタクト層
１０８（ＩｎＧａＡｓやＩｎＧａＡｓＰ等）を順次積層
し、結晶成長を終了する。
【００１５】次に、選択成長マスク１０５を除去し、図
５に示すように、活性層を含む光導波路ストライプ１０
６の幅より広く、メサ形の埋め込み層１０７の幅より狭
い幅を有するストライプ状のレジストマスク１０９を光
導波路ストライプ１０６直上に位置するようにコンタク
ト層１０８上に形成する。そして、注入電流狭窄用の高
抵抗領域を光導波路ストライプ１０６の近傍に形成す
る。このために、プロトン注入などのイオン注入法によ
り高抵抗領域１１０を光導波路ストライプ１０６の近傍
に形成する。
５に示すように、活性層を含む光導波路ストライプ１０
６の幅より広く、メサ形の埋め込み層１０７の幅より狭
い幅を有するストライプ状のレジストマスク１０９を光
導波路ストライプ１０６直上に位置するようにコンタク
ト層１０８上に形成する。そして、注入電流狭窄用の高
抵抗領域を光導波路ストライプ１０６の近傍に形成す
る。このために、プロトン注入などのイオン注入法によ
り高抵抗領域１１０を光導波路ストライプ１０６の近傍
に形成する。
【００１６】次に、レジストマスク１０９を除去し、図
６に示すようにストライプ状のコンタクト層１０８をエ
ッチングしてレーザ部と変調器部とを分離する分離領域
１１６を形成するとともに、左右の土手部上に形成され
ていたコンタクト層もエッチング除去する。
６に示すようにストライプ状のコンタクト層１０８をエ
ッチングしてレーザ部と変調器部とを分離する分離領域
１１６を形成するとともに、左右の土手部上に形成され
ていたコンタクト層もエッチング除去する。
【００１７】次に図７に示すように、ＳｉＯ2 膜等の絶
縁膜１１１を全面に形成する。そして、レーザ部と変調
器部とにそれぞれ対応する領域に電極とのコンタクト用
の窓１２０を絶縁膜１１１に開け、Ｔｉ／Ａｕ等のｐ側
オーミック電極１１２を形成し、パターニングしてレー
ザ部および変調器部にそれぞれ対応するパッド構造のｐ
側電極１１２を形成する。その後、ウエハー裏面にｎ側
電極１１３となるＴｉ／Ａｕ等のオーミック電極を全面
に形成する。
縁膜１１１を全面に形成する。そして、レーザ部と変調
器部とにそれぞれ対応する領域に電極とのコンタクト用
の窓１２０を絶縁膜１１１に開け、Ｔｉ／Ａｕ等のｐ側
オーミック電極１１２を形成し、パターニングしてレー
ザ部および変調器部にそれぞれ対応するパッド構造のｐ
側電極１１２を形成する。その後、ウエハー裏面にｎ側
電極１１３となるＴｉ／Ａｕ等のオーミック電極を全面
に形成する。
【００１８】最後にレーザ部と変調器部との中央をそれ
ぞれ横切るようにウェハーを劈開し、レーザ側の端面に
高反射膜１１４、変調器側に低反射膜１１５を形成し、
図７に示すような変調器と半導体レーザ素子とが集積さ
れた構造の半導体レーザが完成する。
ぞれ横切るようにウェハーを劈開し、レーザ側の端面に
高反射膜１１４、変調器側に低反射膜１１５を形成し、
図７に示すような変調器と半導体レーザ素子とが集積さ
れた構造の半導体レーザが完成する。
【００１９】かかる構成おいては、コンタクト層１０８
は図４に示したように選択成長により光導波路ストライ
プ１０６直上にストライプ状に形成される構成となる。
従って、プロトン注入しても高抵抗化されにくい組成の
コンタクト層１０８を介した高抵抗領域１１０の容量が
低減されるという効果がもたらされる。
は図４に示したように選択成長により光導波路ストライ
プ１０６直上にストライプ状に形成される構成となる。
従って、プロトン注入しても高抵抗化されにくい組成の
コンタクト層１０８を介した高抵抗領域１１０の容量が
低減されるという効果がもたらされる。
【００２０】とくに小信号変調時の遮断周波数として１
５ＧＨｚ程度が容易に得られる。
５ＧＨｚ程度が容易に得られる。
【００２１】また、従来と遜色のない消光特性が得られ
るとともに、高抵抗領域１１０は電流狭窄層としても機
能するため、レーザ特性も良好となる。
るとともに、高抵抗領域１１０は電流狭窄層としても機
能するため、レーザ特性も良好となる。
【００２２】上記実施の形態例では、コンタクト層１０
８を選択成長により形成したが、ウエハー全面にコンタ
クト層を形成した後、エッチングでストライプ状に形成
することによっても同様の効果が得られる。その構成を
図８〜図１１に示す。本図において、導波路メサ（活性
層を含む光導波路ストライプ）を形成する工程までは第
一の実施の形態例と同様である。
８を選択成長により形成したが、ウエハー全面にコンタ
クト層を形成した後、エッチングでストライプ状に形成
することによっても同様の効果が得られる。その構成を
図８〜図１１に示す。本図において、導波路メサ（活性
層を含む光導波路ストライプ）を形成する工程までは第
一の実施の形態例と同様である。
【００２３】即ち、まず、第一の実施の形態例の図１〜
図２と同様の工程を経て、図８に示すように、基板２０
１上に活性層を含む光導波路ストライプ２０６を形成す
る。
図２と同様の工程を経て、図８に示すように、基板２０
１上に活性層を含む光導波路ストライプ２０６を形成す
る。
【００２４】次に、選択成長マスク２０５を除去し、図
９に示すように、埋め込み層２０７（ｐ−ＩｎＰ等）、
オーミックコンタクト層２０８（ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
等）を順次積層し、結晶成長が完了する。
９に示すように、埋め込み層２０７（ｐ−ＩｎＰ等）、
オーミックコンタクト層２０８（ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
等）を順次積層し、結晶成長が完了する。
【００２５】次に、図１０に示すように、光導波路スト
ライプ２０６の幅より広い幅を有するストライプ状のレ
ジストマスク２０９光導波路ストライプ２０６直上に位
置するようにコンタクト層２０８上に形成する。そし
て、注入電流狭窄用の高抵領域を光導波路ストライプ２
０６の近傍に形成する。このために、プロトン注入など
のイオン注入法により高抵抗領域２１０を光導波路スト
ライプ２０６の近傍に形成する。
ライプ２０６の幅より広い幅を有するストライプ状のレ
ジストマスク２０９光導波路ストライプ２０６直上に位
置するようにコンタクト層２０８上に形成する。そし
て、注入電流狭窄用の高抵領域を光導波路ストライプ２
０６の近傍に形成する。このために、プロトン注入など
のイオン注入法により高抵抗領域２１０を光導波路スト
ライプ２０６の近傍に形成する。
【００２６】次に、レジストマスク２０９を除去し、コ
ンタクト層２０８をストライプ状となるようにエッチン
グするとともに、レーザ部と変調器部とを分離する領域
も同時にエッチング除去し、光導波路ストライプ２０６
直上に光導波路ストライプの幅より大きな幅のストライ
プ状コンタクト層２０８を残す。
ンタクト層２０８をストライプ状となるようにエッチン
グするとともに、レーザ部と変調器部とを分離する領域
も同時にエッチング除去し、光導波路ストライプ２０６
直上に光導波路ストライプの幅より大きな幅のストライ
プ状コンタクト層２０８を残す。
【００２７】次に、ＳｉＯ2 膜などの絶縁膜２１１を全
面に形成し、レーザ部と変調器部とにそれぞれ対応する
コンタクト用の窓を開けて、Ｔｉ／Ａｕ等のオーミック
電極を形成する。これをエッチングによりレーザ部と変
調器部とに分離してパッド電極構造のｐ側電極２１１を
形成した後、基板裏面にｎ側オーミック電極２１３（Ｔ
ｉ／Ａｕ等）を形成する。
面に形成し、レーザ部と変調器部とにそれぞれ対応する
コンタクト用の窓を開けて、Ｔｉ／Ａｕ等のオーミック
電極を形成する。これをエッチングによりレーザ部と変
調器部とに分離してパッド電極構造のｐ側電極２１１を
形成した後、基板裏面にｎ側オーミック電極２１３（Ｔ
ｉ／Ａｕ等）を形成する。
【００２８】最後にレーザ部、変調器部の中央で劈開
し、レーザ側の端面に高反射膜２１４、変調器側に低反
射膜２１５を形成し、図１１に示すように素子が完成す
る。
し、レーザ側の端面に高反射膜２１４、変調器側に低反
射膜２１５を形成し、図１１に示すように素子が完成す
る。
【００２９】本構成においても、第一の実施の形態例と
同様の結果が得られる。さらに、本構成では、ウエハー
上に大きな段差ができないため、フォトレジストを用い
たパターニングが容易になり製造歩留まりが高い利点が
ある。
同様の結果が得られる。さらに、本構成では、ウエハー
上に大きな段差ができないため、フォトレジストを用い
たパターニングが容易になり製造歩留まりが高い利点が
ある。
【００３０】以下に上記実施の形態のより具体的な実施
例について記載する。
例について記載する。
【００３１】（実施例１）まず、図１に示すように、
（１００）面方位のｎ型ＩｎＰ基板１０１上に、＜０１
１＞方向にＥＢ（電子ビーム：electron beam）露光に
よりレーザ部１０２のみに長さ２００μｍ、幅１０μ
ｍ、周期２４１．７ｎｍの回折格子レジストパターンを
部分的に形成した後、臭化水素と過酸化水素と水とから
なるエッチング液でＩｎＰ基板上に回折格子パターンを
転写し回折格子１０３を形成する。ウエハー上ではパタ
ーンが繰り返し形成されるため４００μｍ長の平坦部と
８００μｍ長の回折格子部が繰り返し形成されることと
なる。
（１００）面方位のｎ型ＩｎＰ基板１０１上に、＜０１
１＞方向にＥＢ（電子ビーム：electron beam）露光に
よりレーザ部１０２のみに長さ２００μｍ、幅１０μ
ｍ、周期２４１．７ｎｍの回折格子レジストパターンを
部分的に形成した後、臭化水素と過酸化水素と水とから
なるエッチング液でＩｎＰ基板上に回折格子パターンを
転写し回折格子１０３を形成する。ウエハー上ではパタ
ーンが繰り返し形成されるため４００μｍ長の平坦部と
８００μｍ長の回折格子部が繰り返し形成されることと
なる。
【００３２】次に、図２に示すように、レジストパター
ンを除去した後、熱ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜を１００
ｎｍ堆積させ、＜０１１＞方向に間隔が１．５μｍ、幅
はレーザ部１０２で１８μｍ、長さ４００μｍ、変調器
部１０４では幅５μｍ、長さ２００μｍとなる１対のス
トライプパターンに通常のフォトリソグラフィとウェッ
トエッチングにより加工し成長阻止マスクとしての選択
成長マスク１０５を形成する。
ンを除去した後、熱ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜を１００
ｎｍ堆積させ、＜０１１＞方向に間隔が１．５μｍ、幅
はレーザ部１０２で１８μｍ、長さ４００μｍ、変調器
部１０４では幅５μｍ、長さ２００μｍとなる１対のス
トライプパターンに通常のフォトリソグラフィとウェッ
トエッチングにより加工し成長阻止マスクとしての選択
成長マスク１０５を形成する。
【００３３】次に、図３に示すように、選択ＭＯＶＰＥ
（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相
成長）により成長圧力７５Ｔｏｒｒ、成長温度６２５℃
で、層厚０．１μｍ、キャリア濃度５ｘ１０17ｃｍ-3で
バンドギャップ波長が１．１３μｍのＩｎＧａＡｓＰ層
ガイド層６１、レーザ部１０２でバンドギャップ波長組
成が１．５６μｍとなるような層厚６ｎｍの０．５％歪
ＩｎＧａＡｓＰウェルと層厚８ｎｍのバンドギャップ波
長が１．１３μｍのバリア層をもつ８周期のＭＱＷ（Mu
lti Quantum Well:多重量子井戸）活性層６２、層厚６
０ｎｍ、キャリア濃度５ｘ１０17ｃｍ−３でバンドギャ
ップ波長が１．１３μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
（図示せず）、層厚０．１μｍ、キャリア濃度５ｘ１０
17cm-3のｐ−ＩｎＰクラッド層６４を順次積層し光導波
路ストライプ１０６を形成する。このとき、変調器部１
０４のＭＱＷ層のバンドギャップ波長は１．４７μｍと
なる。
（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy：有機金属気相
成長）により成長圧力７５Ｔｏｒｒ、成長温度６２５℃
で、層厚０．１μｍ、キャリア濃度５ｘ１０17ｃｍ-3で
バンドギャップ波長が１．１３μｍのＩｎＧａＡｓＰ層
ガイド層６１、レーザ部１０２でバンドギャップ波長組
成が１．５６μｍとなるような層厚６ｎｍの０．５％歪
ＩｎＧａＡｓＰウェルと層厚８ｎｍのバンドギャップ波
長が１．１３μｍのバリア層をもつ８周期のＭＱＷ（Mu
lti Quantum Well:多重量子井戸）活性層６２、層厚６
０ｎｍ、キャリア濃度５ｘ１０17ｃｍ−３でバンドギャ
ップ波長が１．１３μｍのＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層
（図示せず）、層厚０．１μｍ、キャリア濃度５ｘ１０
17cm-3のｐ−ＩｎＰクラッド層６４を順次積層し光導波
路ストライプ１０６を形成する。このとき、変調器部１
０４のＭＱＷ層のバンドギャップ波長は１．４７μｍと
なる。
【００３４】次に、通常のフォトリソグラフィとウェッ
トエッチングにより選択成長マスク１０５の開口幅を８
μｍ幅に広げた後、図４に示すように、選択ＭＯＶＰＥ
により、成長圧力７５Ｔｏｒｒ、成長温度６２５℃で層
厚０．３μｍ、キャリア濃度５ｘ１０17ｃｍ-3のｐ−Ｉ
ｎＰ層と、層厚１．５μｍ、キャリア濃度１ｘ１０18ｃ
ｍ-3のｐ−ＩｎＰ層からなる二層構造の埋め込み層１０
７層（図では一層として描いている）、層厚０．２μ
ｍ、キャリア濃度５ｘ１０18ｃｍ-3のＩｎＧａＡｓから
なるコンタクト層１０８を順次積層し、結晶成長が完了
する。
トエッチングにより選択成長マスク１０５の開口幅を８
μｍ幅に広げた後、図４に示すように、選択ＭＯＶＰＥ
により、成長圧力７５Ｔｏｒｒ、成長温度６２５℃で層
厚０．３μｍ、キャリア濃度５ｘ１０17ｃｍ-3のｐ−Ｉ
ｎＰ層と、層厚１．５μｍ、キャリア濃度１ｘ１０18ｃ
ｍ-3のｐ−ＩｎＰ層からなる二層構造の埋め込み層１０
７層（図では一層として描いている）、層厚０．２μ
ｍ、キャリア濃度５ｘ１０18ｃｍ-3のＩｎＧａＡｓから
なるコンタクト層１０８を順次積層し、結晶成長が完了
する。
【００３５】次に、図５に示すように、通常のフォトリ
ソグラフィにより幅２〜３μｍのストライプ状のレジス
トマスク１０９を光導波路ストライプ１０６直上に形成
し、プロトンを加速電圧２００ＫＶ、ドーズ量１ｘ１０
15ｃｍ-2で注入し高抵抗領域１１０を形成する。
ソグラフィにより幅２〜３μｍのストライプ状のレジス
トマスク１０９を光導波路ストライプ１０６直上に形成
し、プロトンを加速電圧２００ＫＶ、ドーズ量１ｘ１０
15ｃｍ-2で注入し高抵抗領域１１０を形成する。
【００３６】次に、レジストマスクを除去し、図６に示
すようにコンタクト層１０８を２分割する。すなわち、
レーザ部と変調器部とを分離する領域１１６をエッチン
グ除去する。この分離領域の間隔は２５〜５０μｍ程度
に選べばよい。この際に、左右の土手部上に形成されて
いたコンタクト層も同時にエッチング除去する。
すようにコンタクト層１０８を２分割する。すなわち、
レーザ部と変調器部とを分離する領域１１６をエッチン
グ除去する。この分離領域の間隔は２５〜５０μｍ程度
に選べばよい。この際に、左右の土手部上に形成されて
いたコンタクト層も同時にエッチング除去する。
【００３７】次に、図７に示すように、熱ＣＶＤ法によ
りＳｉＯ2 膜１１１を３５０ｎｍ堆積させ、通常のフォ
トリソグラフィとウェットエッチングにより、コンタク
ト用の窓１２０を開け、Ｔｉ／Ａｕをそれぞれ１００／
３００ｎｍスパッタ法により堆積させ、通常のフォトリ
ソグラフィとウェットエッチングにより変調器部、レー
ザ部にそれぞれパッド構造のｐ側電極１１２を形成した
後、ウエハー厚が１００μｍになるようにウエハー裏面
を研磨し、裏面にｎ側電極１１３となるＴｉ／Ａｕをそ
れぞれ１００／３００ｎｍスパッタ法により堆積させ、
Ｎ2 等の不活性ガス雰囲気中でシンターを行う。
りＳｉＯ2 膜１１１を３５０ｎｍ堆積させ、通常のフォ
トリソグラフィとウェットエッチングにより、コンタク
ト用の窓１２０を開け、Ｔｉ／Ａｕをそれぞれ１００／
３００ｎｍスパッタ法により堆積させ、通常のフォトリ
ソグラフィとウェットエッチングにより変調器部、レー
ザ部にそれぞれパッド構造のｐ側電極１１２を形成した
後、ウエハー厚が１００μｍになるようにウエハー裏面
を研磨し、裏面にｎ側電極１１３となるＴｉ／Ａｕをそ
れぞれ１００／３００ｎｍスパッタ法により堆積させ、
Ｎ2 等の不活性ガス雰囲気中でシンターを行う。
【００３８】最後にレーザ部、変調器部の中央で劈開
し、レーザ側の端面に反射率９０％の高反射膜１１４、
変調器側に反射率０．１％の低反射膜１１５を形成し図
７に示すように素子が完成する。
し、レーザ側の端面に反射率９０％の高反射膜１１４、
変調器側に反射率０．１％の低反射膜１１５を形成し図
７に示すように素子が完成する。
【００３９】かかる構成おいては、コンタクト層１０８
は図４に示したように選択ＭＯＶＰＥにより光導波路ス
トライプ１０６直上に幅約５μｍで形成される構成とな
る。従って、プロトン注入しても高抵抗化されにくいコ
ンタクト層１０８を介した高抵抗領域１１０の容量が低
減されるという効果がもたらされる。
は図４に示したように選択ＭＯＶＰＥにより光導波路ス
トライプ１０６直上に幅約５μｍで形成される構成とな
る。従って、プロトン注入しても高抵抗化されにくいコ
ンタクト層１０８を介した高抵抗領域１１０の容量が低
減されるという効果がもたらされる。
【００４０】本実施の形態例で製造した素子を評価した
ところ、変調器の素子容量はバイアス電圧−１Ｖで０．
４ｐＦであり、小信号変調時の遮断周波数として１５Ｇ
Ｈｚが得られ、１０Ｇｂ／ｓ変調動作させたところ良好
なアイ開口パターンが得られた。
ところ、変調器の素子容量はバイアス電圧−１Ｖで０．
４ｐＦであり、小信号変調時の遮断周波数として１５Ｇ
Ｈｚが得られ、１０Ｇｂ／ｓ変調動作させたところ良好
なアイ開口パターンが得られた。
【００４１】また、２Ｖの逆バイアス電圧を変調器に印
加したときの消光比が１５ｄＢ以上となり、従来と遜色
のない消光特性が得られた。更に、高抵抗領域１１０は
電流狭窄層としても機能するため、レーザ特性も発振し
きい値８ｍＡ、１００ｍＡでの光出力１５ｍＷと良好な
結果が得られた。 （実施例２）実施例１では、コンタクト層１０８を選択
成長により形成したが、ウエハー全面にコンタクト層を
形成した後、エッチング除去する構成によっても同様の
効果が得られる。その構成を図８〜図１１に示す。本図
において、導波路メサ、すなわち活性層を含む光導波路
ストライプを形成する工程までは実施例１と同様であ
る。
加したときの消光比が１５ｄＢ以上となり、従来と遜色
のない消光特性が得られた。更に、高抵抗領域１１０は
電流狭窄層としても機能するため、レーザ特性も発振し
きい値８ｍＡ、１００ｍＡでの光出力１５ｍＷと良好な
結果が得られた。 （実施例２）実施例１では、コンタクト層１０８を選択
成長により形成したが、ウエハー全面にコンタクト層を
形成した後、エッチング除去する構成によっても同様の
効果が得られる。その構成を図８〜図１１に示す。本図
において、導波路メサ、すなわち活性層を含む光導波路
ストライプを形成する工程までは実施例１と同様であ
る。
【００４２】即ち、まず、実施例１の図１〜図２と同様
の工程を経て、図８に示すように、（１００）面方位の
ｎ型ＩｎＰ基板２０１上に活性層を有する光導波路スト
ライプ２０６を形成する。
の工程を経て、図８に示すように、（１００）面方位の
ｎ型ＩｎＰ基板２０１上に活性層を有する光導波路スト
ライプ２０６を形成する。
【００４３】次に、選択成長マスク２０５を除去し、図
９に示すように、ＭＯＶＰＥにより、成長圧力７５Ｔｏ
ｒｒ、成長温度６２５℃で層厚０．３μｍ、キャリア濃
度５ｘ１０17ｃｍ-3のｐ−ＩｎＰ層と、層厚１．５μ
ｍ、キャリア濃度１ｘ１０18ｃｍ-3のｐ−ＩｎＰ層から
なる二層構造の埋め込み層２０７（図では一層として描
いている）、層厚０．２μｍ、キャリア濃度５ｘ１０18
ｃｍ-3のバンドギャップ波長組成が１．５５μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰからなるコンタクト層２０８を順次積層し、
結晶成長が完了する。
９に示すように、ＭＯＶＰＥにより、成長圧力７５Ｔｏ
ｒｒ、成長温度６２５℃で層厚０．３μｍ、キャリア濃
度５ｘ１０17ｃｍ-3のｐ−ＩｎＰ層と、層厚１．５μ
ｍ、キャリア濃度１ｘ１０18ｃｍ-3のｐ−ＩｎＰ層から
なる二層構造の埋め込み層２０７（図では一層として描
いている）、層厚０．２μｍ、キャリア濃度５ｘ１０18
ｃｍ-3のバンドギャップ波長組成が１．５５μｍのＩｎ
ＧａＡｓＰからなるコンタクト層２０８を順次積層し、
結晶成長が完了する。
【００４４】次に、図１０に示すように、通常のフォト
リソグラフィにより光導波路ストライプ２０６直上に幅
２〜３μｍのストライプ状のレジストマスク２０９を形
成し、プロトンを加速電圧２００ＫＶ、ドーズ量１ｘ１
０15ｃｍ-2で注入し高抵抗領域２１０を形成する。
リソグラフィにより光導波路ストライプ２０６直上に幅
２〜３μｍのストライプ状のレジストマスク２０９を形
成し、プロトンを加速電圧２００ＫＶ、ドーズ量１ｘ１
０15ｃｍ-2で注入し高抵抗領域２１０を形成する。
【００４５】次に、レジストマスクを除去し、通常のフ
ォトリソグラフィと硫酸、過酸化水素、水からなるエッ
チング液を用いてコンタクト層２０８をエッチングし、
光導波路ストライプ２０６直上に幅５μｍでコンタクト
層２０８を残す。この時、同時にレーザ部と変調器部と
の分離領域もエッチング除去する。この分離領域の間隔
は２５〜５０μｍ程度に選べばよい。
ォトリソグラフィと硫酸、過酸化水素、水からなるエッ
チング液を用いてコンタクト層２０８をエッチングし、
光導波路ストライプ２０６直上に幅５μｍでコンタクト
層２０８を残す。この時、同時にレーザ部と変調器部と
の分離領域もエッチング除去する。この分離領域の間隔
は２５〜５０μｍ程度に選べばよい。
【００４６】次に、熱ＣＶＤ法によりＳｉＯ2 膜２１１
を３５０ｎｍ堆積させ、通常のフォトリソグラフィとウ
ェットエッチングにより、コンタクト用の窓を開け、Ｔ
ｉ／Ａｕをそれぞれ１００／３００ｎｍスパッタ法によ
り堆積させ、通常のフォトリソグラフィとウェットエッ
チングにより変調器部、レーザ部にそれぞれパッド電極
構造のｐ側電極２１２を形成した後、ウエハーを１００
μｍに研磨し、裏面にｎ側電極２１３となるＴｉ／Ａｕ
をそれぞれ１００／３００ｎｍスパッタ法により堆積さ
せ、Ｎ2 雰囲気中でシンターを行う。
を３５０ｎｍ堆積させ、通常のフォトリソグラフィとウ
ェットエッチングにより、コンタクト用の窓を開け、Ｔ
ｉ／Ａｕをそれぞれ１００／３００ｎｍスパッタ法によ
り堆積させ、通常のフォトリソグラフィとウェットエッ
チングにより変調器部、レーザ部にそれぞれパッド電極
構造のｐ側電極２１２を形成した後、ウエハーを１００
μｍに研磨し、裏面にｎ側電極２１３となるＴｉ／Ａｕ
をそれぞれ１００／３００ｎｍスパッタ法により堆積さ
せ、Ｎ2 雰囲気中でシンターを行う。
【００４７】最後にレーザ部、変調器部の中央で劈開
し、レーザ側の端面に反射率９０％の高反射膜２１４、
変調器側に反射率０．１％の低反射膜２１５を形成し図
１１に示すように素子が完成する。
し、レーザ側の端面に反射率９０％の高反射膜２１４、
変調器側に反射率０．１％の低反射膜２１５を形成し図
１１に示すように素子が完成する。
【００４８】本構成においても、実施例１と同様の結果
が得られた。さらに、本構成では、ウエハー上に大きな
段差ができないため、フォトレジストを用いたパターニ
ングが容易になり製造歩留まりが高い。
が得られた。さらに、本構成では、ウエハー上に大きな
段差ができないため、フォトレジストを用いたパターニ
ングが容易になり製造歩留まりが高い。
【００４９】上記のような作用効果を得るのに、コンタ
クト層の幅は５μｍ程度以下にしておくことが望まし
い。
クト層の幅は５μｍ程度以下にしておくことが望まし
い。
【００５０】
【発明の効果】プロトン注入では高抵抗化されにくいコ
ンタクト層を、活性層直上のみに設けることにより、高
抵抗領域を介した寄生容量が低減される。従って、素子
容量が低減され、１０Ｇｂ／ｓクラスの超高速動作が可
能となるという効果が得られる。
ンタクト層を、活性層直上のみに設けることにより、高
抵抗領域を介した寄生容量が低減される。従って、素子
容量が低減され、１０Ｇｂ／ｓクラスの超高速動作が可
能となるという効果が得られる。
【図１】本発明の第一の実施の形態による変調器集積分
布帰還型半導体レーザの製造工程の第一ステップを示す
斜視図。
布帰還型半導体レーザの製造工程の第一ステップを示す
斜視図。
【図２】図１の後工程を示す斜視図。
【図３】図２の後工程を示す斜視図。
【図４】図３の後工程を示す斜視図。
【図５】図４の後工程を示す斜視図。
【図６】図５の後工程を示す斜視図。
【図７】図６の後工程を示すとともに、本発明の第一の
実施の形態による変調器集積分布帰還型半導体レーザの
構造を示す斜視図。
実施の形態による変調器集積分布帰還型半導体レーザの
構造を示す斜視図。
【図８】本発明の第二の実施の形態による変調器集積分
布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するもので、図
２の後工程を示す斜視図。
布帰還型半導体レーザの製造工程を説明するもので、図
２の後工程を示す斜視図。
【図９】図８の後工程を示す斜視図。
【図１０】図９の後工程を示す斜視図。
【図１１】図１０の後工程を示すとともに、本発明の第
二の実施の形態による変調器集積分布帰還型半導体レー
ザの構造を示す斜視図。
二の実施の形態による変調器集積分布帰還型半導体レー
ザの構造を示す斜視図。
【図１２】従来の埋め込み構造の半導体レーザを示す斜
視図。
視図。
１０１，２０１ ＩｎＰ基板 １０２，２０２ レーザ部 １０３ 回折格子 １０４，２０４ 変調器部 １０５，２０５ 選択成長マスク １０６，２０６ 光導波路ストライプ １０７，２０７ 埋め込み層 １０８，２０８ コンタクト層 １０９，２０９ レジストマスク １１０，２１０ 高抵抗領域 １１１，２１１ ＳｉＯ2 膜 １１２，２１２ ｐ側電極 １１３，２１３ ｎ側電極 １１４，２１４ 高反射膜 １１５，２１５ 低反射膜 １１６，２１６ 分離領域
Claims (12)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成された活性層を有す
る光導波路ストライプと、前記光導波路ストライプを埋
め込む埋め込み層とを有しており、前記光導波路ストラ
イプがレーザ部と変調器部とを構成する変調器集積半導
体レーザにおいて、前記埋め込み層上に形成されたコン
タクト層を介してイオン注入された高抵抗領域が前記光
導波路ストライプの両脇の埋め込み層に電流狭窄用とし
て形成されているとともに、前記コンタクト層が前記光
導波路ストライプに沿ったストライプ形状を有すること
を特徴とする変調器集積半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記レーザ部と変調器部との間の前記コ
ンタクト層が除去されていることを特徴とする請求項１
記載の変調器集積半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記埋め込み層の上面の幅は前記コンタ
クト層のストライプ幅と実質的に同一幅となるように形
成されて前記光導波路ストライプに沿った側面を有する
ことを特徴とする請求項１記載の変調器集積半導体レー
ザ。 - 【請求項４】 前記埋め込み層の上面は前記コンタクト
層のストライプ幅より広く形成された平坦な表面を有す
ることを特徴とする請求項１記載の変調器集積半導体レ
ーザ。 - 【請求項５】 前記埋め込み層がＩｎＰ層であり、前記
高抵抗領域がプロトン注入された領域であるとともに、
前記コンタクト層がＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡｓ
層であることを特徴とする請求項１記載の変調器集積半
導体レーザ。 - 【請求項６】 半導体基板の一領域に形成された回折格
子と、前記回折格子上およびその延長線上の領域上に共
通して活性層とクラッド層とを有する光導波路ストライ
プと、前記光導波路ストライプの側面および上面を埋め
込むように形成されたストライプ状の埋め込み層と、前
記ストライプ状埋め込み層の上面に形成されたコンタク
ト層と、前記コンタクト層上に形成された絶縁層に設け
られた開口を介して形成された電極層とを有し、前記ス
トライプ状の埋め込み層の両側面領域がプロトンを注入
した高抵抗領域であることを特徴とする変調器集積半導
体レーザ。 - 【請求項７】 半導体基板の一領域に形成された回折格
子と、前記回折格子上およびその延長線上の領域上に共
通して活性層を有する光導波路ストライプと、前記光導
波路ストライプの側面および上面を埋め込むように形成
された埋め込み層と、前記埋め込み層の上面に前記光導
波路ストライプに沿ってストライプ状に形成されたコン
タクト層と、前記コンタクト層上に形成された絶縁層に
設けられた開口を介して形成された電極層とを有し、前
記埋め込み層の前記ストライプ状コンタクト層下の前記
光導波路ストライプ近傍を除く領域がプロトン注入によ
り形成された高抵抗領域であることを特徴とする変調器
集積半導体レーザ。 - 【請求項８】 半導体基板上の一方向に回折格子を形成
する工程と、前記回折格子に沿った開口を有する選択成
長マスクを形成する工程と、レーザ部と変調器部とに共
通の活性層を有するストライプ状光導波路を形成する工
程と、前記選択成長マスクの開口幅を広げる工程と、前
記開口幅を広げた後に選択的に埋め込み層とコンタクト
層とを順次積層する工程と、前記光導波路の両脇の埋め
込み層に前記コンタクト層を介してプロトンを注入し高
抵抗領域を形成する工程と、前記コンタクト層の上に電
極を形成する工程とを有することを特徴とする変調器集
積半導体レーザの製造方法。 - 【請求項９】 半導体基板上の一方向に回折格子を形成
する工程と、前記回折格子に沿った開口を有する選択成
長マスクを形成する工程と、レーザ部と変調器部とに共
通の活性層を有するストライプ状光導波路を形成する工
程と、前記選択成長マスクを除去する工程と、埋め込み
層とコンタクト層とを順次積層する工程と、前記コンタ
クト層上にストライプ状のレジストマスクを活性層スト
ライプ直上に形成し、プロトンを注入し高抵抗領域を形
成する工程と、前記コンタクト層を前記光導波路ストラ
イプ上を残してエッチング除去してストライプ状コンタ
クト層を形成する工程と、前記コンタクト層の上に電極
を形成する工程とを有することを特徴とする変調器集積
半導体レーザの製造方法。 - 【請求項１０】 前記光導波路ストライプが、ガイド層
と活性層と光閉じ込め層とクラッド層とを順次積層して
形成したことを特徴とする請求項８または９記載の変調
器集積半導体レーザの製造方法。 - 【請求項１１】 前記活性層がＩｎＧａＡｓＰ層であ
り、前記埋め込み層がＩｎＰ層であり、前記コンタクト
層がＩｎＧａＡｓＰまたはＩｎＧａＡｓ層であることを
特徴とする請求項１、６，７，８，または９記載の変調
器集積半導体レーザ。 - 【請求項１２】 前記コンタクト層のストライプ幅が５
ミクロン以下であることを特徴とする請求項１、６，
７，８，または９記載の変調器集積半導体レーザ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21358099A JP2001044566A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| US09/627,311 US6489177B1 (en) | 1999-07-28 | 2000-07-27 | Modulator-integrated semiconductor laser and method of fabricating the same |
| EP00116432A EP1073168A1 (en) | 1999-07-28 | 2000-07-28 | Modulator-integrated semiconductor laser and method of fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21358099A JP2001044566A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001044566A true JP2001044566A (ja) | 2001-02-16 |
Family
ID=16641563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21358099A Pending JP2001044566A (ja) | 1999-07-28 | 1999-07-28 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6489177B1 (ja) |
| EP (1) | EP1073168A1 (ja) |
| JP (1) | JP2001044566A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002344067A (ja) * | 2001-05-21 | 2002-11-29 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光集積素子の製造方法 |
| JP2006269581A (ja) * | 2005-03-23 | 2006-10-05 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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