JP2005260109A - Optical semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信に用いる光半導体素子、例えば、半絶縁性埋め込みヘテロ構造(SIBH:Semi−Insulating Buried Heterostructure)型の半導体レーザ或いは光変調器などの光半導体素子に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor element used for optical communication, for example, an optical semiconductor element such as a semi-insulating buried heterostructure (SIBH) type semiconductor laser or an optical modulator.
一般に、半導体レーザや光変調器を製造する場合、素子特性や信頼性を向上させる為、積層した所要半導体層をストライプに加工したメサの側面を半導体層で埋め込んだヘテロ構造が多用されている。 In general, when a semiconductor laser or an optical modulator is manufactured, in order to improve element characteristics and reliability, a heterostructure in which a side surface of a mesa obtained by processing a laminated required semiconductor layer into a stripe is embedded with a semiconductor layer is often used.
図5はメサを半絶縁性半導体層で埋め込んだ従来のSIBH型半導体レーザを表す要部切断正面図であり、このようなSIBH型半導体レーザは、pn埋め込み型に比較して素子容量を低減できる為、高速動作用として多用されている。 FIG. 5 is a front view of a principal part showing a conventional SIBH type semiconductor laser in which a mesa is embedded with a semi-insulating semiconductor layer. Such a SIBH type semiconductor laser can reduce the device capacity as compared with the pn buried type. Therefore, it is frequently used for high-speed operation.
図に於いて、1はn型(100)InP基板、2はn型InP第1クラッド層、3はInGaAsP第1光ガイド層、4はInGaAsP−MQW(multiple quantum wells)活性層、5はInGaAsP第2光ガイド層、6はZnドープp型InP第2クラッド層、7はZnドープp型InGaAsコンタクト層、8はFeドープ半絶縁性InP埋め込み層、9はp側電極、10はn側電極をそれぞれ示している。 In the figure, 1 is an n-type (100) InP substrate, 2 is an n-type InP first cladding layer, 3 is an InGaAsP first optical guide layer, 4 is an InGaAsP-MQW (multiple quantum wells) active layer, and 5 is an InGaAsP. Second light guide layer, 6 is a Zn-doped p-type InP second cladding layer, 7 is a Zn-doped p-type InGaAs contact layer, 8 is a Fe-doped semi-insulating InP buried layer, 9 is a p-side electrode, and 10 is an n-side electrode Respectively.
図5に見られるSIBH型半導体レーザを作製するには、以下に説明するような工程を採る。即ち、
(1) 有機金属気相成長(MOVPE:metalorganic vapor phase epitaxy)法を適用し、n型(100)InP基板1上に厚さ0.5μmのn型InP第1クラッド層2、厚さ0.1μmのアンドープIn0.85Ga0.15As0.33P0.67第1光ガイド層3、厚さ5nmのアンドープIn0.87Ga0.13As0.60P0.40井戸層を層数10層並びに厚さ10nmのアンドープIn0.85Ga0.15As0.33P0.67障壁層を層数11層を交互に配置したInGaAsP−MQW活性層4、厚さ0.1μmのアンドープIn0.85Ga0.15As0.33P0.67第2光ガイド層5、厚さ1.5μmのp型InP第2クラッド層6、厚さ0.5μmのp型In0.53Ga0.47Asコンタクト層7を順に成長させる。尚、この場合、p型ドーパントにZnを用いている。
In order to manufacture the SIBH type semiconductor laser shown in FIG. 5, the steps described below are employed. That is,
(1) An n-type InP
(2)
次いで、化学気相堆積(CVD:chemical vapor deposition)法を適用し、コンタクト層7上にSiO2 などの絶縁膜を形成し、フォトリソグラフィ技術及びエッチングに依って、該絶縁膜をパターニングし、例えば[011]方向に延在するストライプの絶縁膜マスクを形成する。
(2)
Next, a chemical vapor deposition (CVD) method is applied to form an insulating film such as SiO 2 on the
(3)
次いで、該ストライプの絶縁膜マスクの両側に表出されているコンタクト層7から第1クラッド層2内に達するエッチングを行ってメサストライプを形成する。
(3)
Next, etching reaching the
(4)
次いで、MOVPE法を適用し、該メサストライプの両側面にFeドープ半絶縁性InP埋め込み層8を形成して光閉じ込め兼電流狭窄構造を実現する。
(4)
Next, an MOVPE method is applied to form an Fe-doped semi-insulating InP buried
(5)
その後、ストライプの絶縁膜マスクを除去し、p側電極及びn側電極を形成してSIBH型半導体レーザが完成する。
(5)
Thereafter, the striped insulating film mask is removed, and a p-side electrode and an n-side electrode are formed to complete a SIBH type semiconductor laser.
ところで、このSIBH型半導体レーザに於いては、p型InP第2クラッド層6やp型InGaAsコンタクト層7に於けるp型不純物には、前記した通り、Znを用い、そして、隣接する半絶縁性InP埋め込み層8には、InPを半絶縁性化する為、Feをドープしてある。
By the way, in this SIBH type semiconductor laser, as described above, Zn is used for the p-type impurity in the p-type InP
このような構成にした場合、Feドープ半絶縁性InP埋め込み層8とp型InP第2クラッド層6やp型InGaAsコンタクト層7との間でFeとZnの異常な相互拡散が起こり易くなることが知られている(例えば、非特許文献1を参照。)。
In such a configuration, abnormal interdiffusion of Fe and Zn is likely to occur between the Fe-doped semi-insulating InP buried
従って、図5に見られるSIBH型半導体レーザでは、Feドープ半絶縁性InP埋め込み層8の一部がp型化し、リーク電流の増大や寄生容量の増大を招来して素子特性を劣化させる旨の問題がある。
Therefore, in the SIBH type semiconductor laser shown in FIG. 5, a part of the Fe-doped semi-insulating InP buried
近年、InPを半絶縁性化する為のドーパントとしてルテニウム(Ru)を用いる試みがなされ、RuドープInPとZnドープInPとの間でドーパントの相互拡散は生じないことが見い出された為、前記ドーパントの異常な相互拡散の問題を解消するのにRuドープ半絶縁性InPを埋め込み層に用いた半導体レーザや光変調器が提案されている(例えば、非特許文献2及び3を参照。)。
In recent years, attempts have been made to use ruthenium (Ru) as a dopant for making InP semi-insulating, and it has been found that no interdiffusion of dopant occurs between Ru-doped InP and Zn-doped InP. In order to solve this problem of abnormal interdiffusion, semiconductor lasers and optical modulators using Ru-doped semi-insulating InP as buried layers have been proposed (see, for example, Non-Patent
然しながら、前記公知技術では、p型InP層やp型InGaAs層などp型半導体層に於けるp型ドーパントとして拡散係数が大きいZnを用いている為、p型半導体層内に於ける不純物濃度プロファイルを精密に制御することが困難である。 However, in the known technique, Zn having a large diffusion coefficient is used as a p-type dopant in a p-type semiconductor layer such as a p-type InP layer or a p-type InGaAs layer, so that an impurity concentration profile in the p-type semiconductor layer. Is difficult to control precisely.
ところで、SIBH型半導体レーザ及び類似の構造をもつ光変調器に限られず、メサを構成する半導体層と該半導体層の両側に設ける埋め込み層との関係、メサを構成する半導体層に対するドーパント、埋め込み層に対するドーパントなどについては、従来から、種々な研究が成されていて、数多くの発明が提案されている。 By the way, it is not restricted to a SIBH type semiconductor laser and an optical modulator having a similar structure, but the relationship between the semiconductor layer constituting the mesa and the buried layers provided on both sides of the semiconductor layer, the dopant for the semiconductor layer constituting the mesa, and the buried layer Various studies have been made on the dopants for and the like, and many inventions have been proposed.
例えば、メサを構成する半導体層の一部にZnドープp型AlGaAs層を用い、このメサをn型AlGaAsで埋め込んだ半導体レーザ素子が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。尚、特許文献1には、メサを構成する要素にはなっていないが、クラッド層としてCドープp型AlGaAsを用いることが開示されている。
For example, a semiconductor laser element is known in which a Zn-doped p-type AlGaAs layer is used as a part of a semiconductor layer constituting a mesa, and this mesa is embedded with n-type AlGaAs (see, for example, Patent Document 1).
また、メサを構成する半導体層の一部にCドープp型AlGaAs層を用い、そのメサをn−GaAs層で埋め込んだ構成の化合物半導体装置が知られている(例えば、特許文献2)。 A compound semiconductor device having a structure in which a C-doped p-type AlGaAs layer is used as a part of a semiconductor layer constituting a mesa and the mesa is embedded with an n-GaAs layer is known (for example, Patent Document 2).
また、同じく、メサを構成する半導体層の一部にCドープp型GaAs層を用い、そのメサをpn埋め込み層で埋め込んだ半導体レーザ素子も知られている(例えば、特許文献3を参照。)。 Similarly, a semiconductor laser element is also known in which a C-doped p-type GaAs layer is used as a part of a semiconductor layer constituting a mesa and the mesa is embedded with a pn buried layer (see, for example, Patent Document 3). .
また、メサを構成する半導体層の一部にCドープp型AlGaInP層を用い、そのメサをn型GaAs層で埋め込んだ III−V族化合物半導体発光素子も知られている(例えば特許文献4を参照。)。 There is also known a III-V group compound semiconductor light-emitting device in which a C-doped p-type AlGaInP layer is used as a part of a semiconductor layer constituting a mesa and the mesa is embedded with an n-type GaAs layer (see, for example, Patent Document 4). reference.).
以上記述した公知例、また、ここに挙げることを割愛した公知例の何れを検討しても、メサを構成する半導体層の一部に導入するドーパント、及び、そのメサを埋め込む半絶縁性半導体層に導入するドーパントの関係については、全く意識していないか、或いは、最良の組み合わせの選択について知得するところがないものと認識される。
本発明では、メサの一部を構成するp型半導体層と該メサを埋め込む半絶縁性埋め込み層との間でドーパントの相互拡散がなく、従って、優れた特性を維持できるSIBH型光半導体素子を提供しようとする。 According to the present invention, there is provided a SIBH type optical semiconductor element which has no dopant interdiffusion between the p-type semiconductor layer constituting a part of the mesa and the semi-insulating embedded layer which embeds the mesa, and thus can maintain excellent characteristics. Try to provide.
本発明に依る光半導体素子に於いては、 III−V族半導体基板上の半導体積層構造に形成されたメサ構造を半導体層で埋め込んだ埋め込みヘテロ構造型光半導体素子に於いて、該メサ構造内に含まれた炭素(C)ドープp型 III−V族半導体層(例えばCドープp型InAlAsクラッド層16、Cドープp型InGaAsコンタクト層17)と、該メサ構造の側面のうち少なくとも該Cドープp型 III−V族半導体層の領域を埋め込む半絶縁性半導体層(例えばFeドープ半絶縁性InP埋め込み層18)とを備えてなることが基本になっている。
In an optical semiconductor device according to the present invention, an embedded heterostructure type optical semiconductor device in which a mesa structure formed in a semiconductor stacked structure on a group III-V semiconductor substrate is embedded with a semiconductor layer is provided. Carbon (C) -doped p-type III-V semiconductor layer (for example, C-doped p-type
前記手段を採ることに依り、半絶縁性埋め込み層へのリーク電流の低減、また、寄生容量の低減が可能となり、更に、p型半導体層のドーパントにはCを用いているので、高濃度ドーピングや濃度プロファイルの精密な制御が可能であり、従来のZnドーピングp型半導体層を用いた場合に比較して、素子の基本特性は向上する。例えば、半導体レーザであれば高出力化、そして、光変調器であれば高速化に寄与することができる。 By adopting the above means, the leakage current to the semi-insulating buried layer can be reduced and the parasitic capacitance can be reduced. Further, since C is used as the dopant of the p-type semiconductor layer, high concentration doping is possible. In addition, it is possible to precisely control the concentration profile, and the basic characteristics of the device are improved as compared with the case where a conventional Zn-doped p-type semiconductor layer is used. For example, a semiconductor laser can contribute to higher output, and an optical modulator can contribute to higher speed.
本発明の光半導体素子では、半導体レーザや光変調器などSIBH型光半導体素子に於いて、メサの一部を構成するp型半導体層及びそれと隣接する半絶縁性埋め込み層にドープするドーパントを適切に組み合わせ選択する簡単な手段を採ることで、それ等ドーパントの相互拡散は抑止され、リーク電流の増大や寄生容量の増大など素子特性が劣化するのを阻止できる。この場合、選択使用するドーパントは、何れも公知のものではあるが、本発明に依る組み合わせに依って、初めて目的を達成することができる。 In the optical semiconductor device of the present invention, in the SIBH type optical semiconductor device such as a semiconductor laser or an optical modulator, a p-type semiconductor layer constituting a part of the mesa and a semi-insulating buried layer adjacent thereto are appropriately doped. By adopting a simple means for selecting a combination, the mutual diffusion of the dopants is suppressed, and it is possible to prevent the device characteristics from deteriorating, such as an increase in leakage current and an increase in parasitic capacitance. In this case, all the dopants to be selectively used are known, but the object can be achieved for the first time by the combination according to the present invention.
詳細には、 III−V族半導体基板上の半導体積層構造に形成されたメサ構造を半導体層で埋め込んだ埋め込みヘテロ構造型光半導体素子に於いて、前記メサ構造内にCドープp型 III−V族半導体層が含まれ、前記メサ構造の側面のうち少なくとも前記Cドープp型 III−V族半導体層の領域が半絶縁性半導体層で埋め込まれた構成を採ることができる。 Specifically, in a buried heterostructure optical semiconductor device in which a mesa structure formed in a semiconductor stacked structure on a group III-V semiconductor substrate is embedded with a semiconductor layer, the mesa structure includes a C-doped p-type III-V. It is possible to adopt a configuration in which a group semiconductor layer is included and at least a region of the C-doped p-type III-V group semiconductor layer is buried with a semi-insulating semiconductor layer among the side surfaces of the mesa structure.
また、InP基板上の半導体積層構造に形成されたメサ構造を半導体層で埋め込んだ埋め込みヘテロ構造型光半導体素子に於いて、前記メサ構造内にCドープp型半導体層が含まれ、前記メサ構造の側面のうち少なくとも前記Cドープp型半導体層の領域がFeドープ半絶縁性InP層で埋め込まれた構成を採ることができる。 Further, in a buried heterostructure optical semiconductor device in which a mesa structure formed in a semiconductor stacked structure on an InP substrate is embedded with a semiconductor layer, a C-doped p-type semiconductor layer is included in the mesa structure, and the mesa structure Of these, at least the region of the C-doped p-type semiconductor layer may be buried with an Fe-doped semi-insulating InP layer.
また、InP基板上の半導体積層構造に形成されたメサ構造を半導体層で埋め込んだ埋め込みヘテロ構造型光半導体素子に於いて、前記メサ構造内にCドープp型InAlAs層又はp型InGaAlAs層が含まれ、前記メサ構造の側面のうち少なくとも前記Cドープp型InAlAs層及びp型InGaAlAs層の領域がFeドープ半絶縁性InP層で埋め込まれた構成を採ることができる。 Further, in a buried heterostructure optical semiconductor device in which a mesa structure formed in a semiconductor stacked structure on an InP substrate is embedded with a semiconductor layer, the mesa structure includes a C-doped p-type InAlAs layer or a p-type InGaAlAs layer. In addition, it is possible to adopt a configuration in which at least the regions of the C-doped p-type InAlAs layer and the p-type InGaAlAs layer are buried with an Fe-doped semi-insulating InP layer in the side surface of the mesa structure.
また、InP基板上の半導体積層構造に形成されたメサ構造を半導体層で埋め込んだ埋め込みヘテロ構造型光半導体素子に於いて、前記メサ構造内にCドープp型半導体層が含まれ、前記メサ構造の側面のうち少なくとも前記Cドープp型半導体層の領域がRuドープ半絶縁性InP層で埋め込まれた構成を採ることができる。 Further, in a buried heterostructure optical semiconductor device in which a mesa structure formed in a semiconductor stacked structure on an InP substrate is embedded with a semiconductor layer, a C-doped p-type semiconductor layer is included in the mesa structure, and the mesa structure It is possible to adopt a configuration in which at least a region of the C-doped p-type semiconductor layer is buried with a Ru-doped semi-insulating InP layer.
また、InP基板上の半導体積層構造に形成されたメサ構造を半導体層で埋め込んだ埋め込みヘテロ構造型光半導体素子に於いて、前記メサ構造内にCドープp型InAlAs層又はp型InGaAlAs層が含まれ、前記メサ構造の側面のうち少なくとも前記Cドープp型InAlAs層及びp型InGaAlAs層の領域がRuドープ半絶縁性InP層で埋め込まれた構成を採ることができる。 Further, in a buried heterostructure optical semiconductor device in which a mesa structure formed in a semiconductor stacked structure on an InP substrate is embedded with a semiconductor layer, the mesa structure includes a C-doped p-type InAlAs layer or a p-type InGaAlAs layer. In addition, a configuration in which at least the regions of the C-doped p-type InAlAs layer and the p-type InGaAlAs layer among the side surfaces of the mesa structure are embedded with a Ru-doped semi-insulating InP layer can be employed.
一般に、 III−V族半導体に用いるp型ドーパントのうち、Cは低拡散性であることが知られていて、InP基板を用いた半導体レーザに於けるp型InAlAs層などに用いた例は存在する(例えば、非特許文献4を参照。)。 In general, among p-type dopants used for III-V group semiconductors, C is known to have low diffusivity, and there are examples of p-type InAlAs layers used in semiconductor lasers using InP substrates. (For example, refer nonpatent literature 4).
然しながら、その半導体レーザはリッジ型であって、埋め込み型ではなかった為、Cドープp型半導体層と半絶縁性半導体層とが接した際、Cと半絶縁性ドーパントとの間で異常相互拡散を生ずるか否かについて知得できなかったと考えられる。 However, since the semiconductor laser is a ridge type and not a buried type, an abnormal interdiffusion between C and the semi-insulating dopant occurs when the C-doped p-type semiconductor layer contacts the semi-insulating semiconductor layer. It is thought that it was not possible to know whether or not this would occur.
本発明者は、Cドープp型 III−V族半導体層と半絶縁性半導体層とを積層した構造の多くの試料についてSIMS(secondary ion mass spectroscopy)分析を行なった。 The present inventor conducted SIMS (secondary mass spectroscopy) analysis on many samples having a structure in which a C-doped p-type III-V semiconductor layer and a semi-insulating semiconductor layer are stacked.
特に、Cドープp型InAlAs層とFeドープ半絶縁性InP層を積層した構造とCドープp型InAlAs層とRuドープ半絶縁性InP層とを積層した構造とについて、分析を繰り返し行ない、CとFe、及び、CとRuの間では、異常相互拡散が生じないことを見い出し、その結果を踏まえ、半絶縁性半導体層へのリーク電流や寄生容量が低減された本発明の光半導体素子に結実させたものである。 In particular, the analysis was repeated for the structure in which the C-doped p-type InAlAs layer and the Fe-doped semi-insulating InP layer were laminated and the structure in which the C-doped p-type InAlAs layer and the Ru-doped semi-insulating InP layer were laminated. Fe and found that no anomalous interdiffusion occurs between C and Ru, and based on the results, the optical semiconductor device of the present invention with reduced leakage current and parasitic capacitance to the semi-insulating semiconductor layer was obtained. It has been made.
図1はCドープInAlAs層/FeドープInP層積層構造のSIMS分析結果を表す線図であって、具体的には、Cドープp型InAlAs層(C濃度:5×1018cm-3、層厚:2μm)及びFeドープ半絶縁性InP層(Fe濃度:6×1016cm-3、層厚0.8μm)を(100)InP基板上に積層した構造に於けるC及びFeの濃度プロファイルをSIMS分析して得られたものである。 FIG. 1 is a diagram showing a SIMS analysis result of a C-doped InAlAs layer / Fe-doped InP layer laminated structure, specifically, a C-doped p-type InAlAs layer (C concentration: 5 × 10 18 cm −3 , layer Thickness: 2 μm) and Fe doped semi-insulating InP layer (Fe concentration: 6 × 10 16 cm −3 , layer thickness 0.8 μm) stacked on a (100) InP substrate C and Fe concentration profiles Was obtained by SIMS analysis.
図から明らかであるが、C濃度は、CドープInAlAs層とFeドープInP層との界面で急峻に変化し、FeドープInP層中で1016cm-3以下になっている。即ち、CはFeドープInP層に拡散しないことが判る。また、Fe濃度は、FeドープInP層とCドープInAlAs層との界面で1×1018cm-3程度偏析しているが、CドープInAlAs層中では5×1015cm-3以下である。即ち、非特許文献1のFeドープInP層とZnドープInP層の組み合わせで報告されているような濃度(5〜10)×1016cm-3程度のp型半導体層への異常なFe拡散は生じていない。従って、CとFeの間で異常相互拡散は生じない。
As is apparent from the figure, the C concentration changes sharply at the interface between the C-doped InAlAs layer and the Fe-doped InP layer, and is 10 16 cm −3 or less in the Fe-doped InP layer. That is, it can be seen that C does not diffuse into the Fe-doped InP layer. The Fe concentration is segregated by about 1 × 10 18 cm −3 at the interface between the Fe-doped InP layer and the C-doped InAlAs layer, but it is 5 × 10 15 cm −3 or less in the C-doped InAlAs layer. That is, abnormal Fe diffusion into a p-type semiconductor layer having a concentration (5 to 10) × 10 16 cm −3 as reported in the combination of the Fe-doped InP layer and the Zn-doped InP layer in
図2はCドープInAlAs層/RuドープInP層積層構造のSIMS分析結果を表す線図であって、具体的には、Cドープp型InAlAs層(C濃度:7×1018cm-3、層厚:1.9μm)及びRuドープ半絶縁性InP層(Ru濃度:1×1017cm-3、層厚0.7μm)を(100)InP基板上に積層した構造に於けるC及びRuの濃度プロファイルをSIMS分析して得られたものである。 FIG. 2 is a diagram showing a SIMS analysis result of a C-doped InAlAs layer / Ru-doped InP layer laminated structure, specifically, a C-doped p-type InAlAs layer (C concentration: 7 × 10 18 cm −3 , layer Thickness: 1.9 μm) and a Ru-doped semi-insulating InP layer (Ru concentration: 1 × 10 17 cm −3 , layer thickness: 0.7 μm) stacked on a (100) InP substrate. This is obtained by SIMS analysis of the concentration profile.
図から明らかであるが、C濃度は、CドープInAlAs層とRuドープInP層との界面で急峻に変化し、RuドープInP層中で3×1016cm-3程度になっている。即ち、CはRuドープInP層に拡散しないことが判る。尚、表面側から生じているCの濃度プロファイルに於けるだれは、表面付着Cのノックオンに依るものである。また、Ru濃度も、RuドープInP層とCドープInAlAs層との界面で急峻に変化し、CドープInAlAs層中では1×1015cm-3以下になっている。即ち、RuはCドープInAlAs層中へ拡散しない。従って、CとRuの間で異常相互拡散は生じない。 As is apparent from the figure, the C concentration changes sharply at the interface between the C-doped InAlAs layer and the Ru-doped InP layer, and is about 3 × 10 16 cm −3 in the Ru-doped InP layer. That is, it can be seen that C does not diffuse into the Ru-doped InP layer. Anyone in the C concentration profile generated from the surface side depends on the knock-on of the surface adhesion C. The Ru concentration also changes sharply at the interface between the Ru-doped InP layer and the C-doped InAlAs layer, and is 1 × 10 15 cm −3 or less in the C-doped InAlAs layer. That is, Ru does not diffuse into the C-doped InAlAs layer. Therefore, no anomalous interdiffusion occurs between C and Ru.
図3は本発明に於ける実施例1の光半導体素子、即ち、半導体レーザの構成を表す要部切断正面図であり、図に於いて、11はn型(100)InP基板、12はn型InP第1クラッド層、13はInGaAlAs第1光ガイド層、14はInGaAlAs−MQW活性層、15はInGaAlAs第2光ガイド層、16はCドープp型InAlAs第2クラッド層、17はCドープp型InGaAsコンタクト層、18はFeドープ半絶縁性InP埋め込み層、19はp側電極、20はn側電極をそれぞれ示している。 FIG. 3 is a cutaway front view showing the structure of the optical semiconductor device of the first embodiment of the present invention, that is, a semiconductor laser. In FIG. 3, 11 is an n-type (100) InP substrate, and 12 is n Type InP first cladding layer, 13 is an InGaAlAs first optical guide layer, 14 is an InGaAlAs-MQW active layer, 15 is an InGaAlAs second optical guide layer, 16 is a C-doped p-type InAlAs second cladding layer, and 17 is a C-doped p A type InGaAs contact layer, 18 is a Fe-doped semi-insulating InP buried layer, 19 is a p-side electrode, and 20 is an n-side electrode.
図3に見られる実施例1の半導体レーザを作製するには、以下に説明するような工程を採る。即ち、
(1) MOVPE法を適用し、n型(100)InP基板11上に厚さ0.5μmのn型InP第1クラッド層12、厚さ0.1μmのn型In0.52Ga0.11As0.37As第1光ガイド層13、厚さ5nmのアンドープIn0.67Ga0.17Al0.16As井戸層を10層分と厚さ10nmのアンドープIn0.52Ga0.11Al0.37As障壁層を11層分とが交互に積層されるInGaAlAs−MQW活性層14、厚さ0.1μmのアンドープIn0.52Ga0.11Al0.37As第2光ガイド層15、厚さ1.5μmのCドープp型In0.52Al0.48As第2クラッド層16、厚さ0.5μmのCドープp型In0.53Ga0.47Asコンタクト層17を順に成長させる。尚、Cドープp型In0.52Al0.48As第2クラッド層16に於けるホール濃度は、活性層14側からの層厚0.5μmの範囲では5×1017cm-3とし、残りの層厚1μmの範囲では1×1019cm-3とした。
In order to fabricate the semiconductor laser of Example 1 seen in FIG. 3, the steps described below are employed. That is,
(1) Applying the MOVPE method, an n-type InP
(2)
次いで、CVD法を適用し、コンタクト層17上にSiO2 からなる絶縁膜を堆積し、フォトリソグラフィ技術及びエッチングに依って、前記絶縁膜をパターニングし、例えば[011]方向に延在する幅約2μmのストライプを成す絶縁膜マスクを形成する。
(2)
Next, a CVD method is applied to deposit an insulating film made of SiO 2 on the
(3)
次いで、該ストライプの絶縁膜マスクの両側に表出されているコンタクト層17から第1クラッド層12内に達するドライエッチングを行ってメサストライプを形成する。
(3)
Next, dry etching reaching the
(4)
次いで、前記メサストライプの側面及びメサストライプの両側に展延する第1クラッド層12の表面に対し、ドライエッチングのダメージを除去する為の表面処理を行った後、MOVPE法を適用し、前記メサストライプの両側面にFeドープ半絶縁性InP埋め込み層18を形成して光閉じ込め兼電流狭窄構造を実現する。
(4)
Next, the surface of the
(5)
その後、ストライプの絶縁膜マスクを除去し、Au/Zn/Auからなるp側電極19及びAuGeからなるn側電極20を形成して図3に見られるSIBH型半導体レーザが完成する。
(5)
Thereafter, the striped insulating film mask is removed, and a p-
このようにして得られた半導体レーザでは、広い面積で接触しているCドープp型InAlAs第2クラッド層16とFeドープ半絶縁性InP埋め込み層18との間でドーパントの相互拡散が生じない為、従来のZnドープp型InPクラッド層に比較した場合、半絶縁性InP埋め込み層に対するリーク電流は低減される。
In the semiconductor laser obtained in this way, since the interdiffusion of the dopant does not occur between the C-doped p-type InAlAs
また、Cドープp型InAlAs第2クラッド層16を用いていることから、従来のZnドープp型InPクラッド層では困難であった3×1018cm-3以上の高濃度p型ドーピングが可能となり、従って、クラッド層に於ける直列抵抗を低減できることから、光半導体素子の素子抵抗を低減することができる。
In addition, since the C-doped p-type InAlAs
また、Cは低拡散性であることから、高濃度にドーピングしてもp型半導体層内に於いて所望のホール濃度プロファイルを精密に制御することが可能であって、その結果、光半導体素子の光損失を低減することができる。 In addition, since C has low diffusivity, it is possible to precisely control a desired hole concentration profile in the p-type semiconductor layer even when doped at a high concentration. The optical loss can be reduced.
前記したところから、この半導体レーザは、大電流動作時に於いても、リーク電流や発熱は少ないので、例えば、光出力などの素子特性は、従来のSIBH型半導体レーザよりも良好である。 From the above, this semiconductor laser has little leakage current and heat generation even when operating at a large current, so that, for example, device characteristics such as optical output are better than those of a conventional SIBH type semiconductor laser.
実施例1の半導体レーザに於いては、コンタクト層17の材料としてCドープp型InGaAsを用いたが、これはZnドープp型InGaAsに代替して良い。
In the semiconductor laser of Example 1, C-doped p-type InGaAs is used as the material of the
また、第2クラッド層16の材料としてCドープp型InAlAsを用いたが、これはCドープp型InGaAlAsに代替して良い。
Further, although C-doped p-type InAlAs is used as the material of the
また、第2光ガイド層15の材料としてアンドープInGaAlAsを用いたが、これはCドープp型InGaAlAsに代替して良い。
Further, although undoped InGaAlAs is used as the material of the second
また、活性層14に於けるInGaAlAs障壁層にはCをドープして良い。
Further, the InGaAlAs barrier layer in the
また、MQW活性層14は、InGaAlAs井戸層とInGaAlAs障壁層とで構成したが、アンドープInGaAsP井戸層とアンドープInGaAsP障壁層とで構成しても良い。
The MQW
また、埋め込み層18の材料としてFeドープ半絶縁性InPを用いてたが、これはRuドープ半絶縁性InPに代替して良い。
Further, although Fe-doped semi-insulating InP is used as the material of the buried
図4は本発明に於ける実施例2の光半導体素子、即ち、光変調器の構成を表す要部切断正面図であり、図に於いて、21はn型(100)InP基板、22はn型InP第1クラッド層、23はInGaAlAs(井戸層)/InAlAs(障壁層)−MQW光吸収層、24はCドープp型InAlAs第2クラッド層、25はCドープp型InGaAsコンタクト層、26はRuドープ半絶縁性InP埋め込み層、27はp側電極、28はn側電極をそれぞれ示している。 FIG. 4 is a cutaway front view showing the structure of the optical semiconductor element of the second embodiment of the present invention, that is, the optical modulator. In FIG. 4, 21 is an n-type (100) InP substrate, 22 is n-type InP first cladding layer, 23 is InGaAlAs (well layer) / InAlAs (barrier layer) -MQW light absorption layer, 24 is a C-doped p-type InAlAs second cladding layer, 25 is a C-doped p-type InGaAs contact layer, 26 Denotes a Ru-doped semi-insulating InP buried layer, 27 denotes a p-side electrode, and 28 denotes an n-side electrode.
この光変調器は、実施例1の半導体レーザと殆ど同じ手順で作製されるので多くの説明は要しないが、MQW光吸収層23は、引っ張り歪み0.3%で層厚10nmのアンドープInGaAlAs井戸層の10層分と、圧縮歪み0.3%で層厚10nmのアンドープInAlAs障壁層の11層分とを交互に積層した歪み補償MQWで構成されている。
Since this optical modulator is fabricated by almost the same procedure as the semiconductor laser of Example 1, much explanation is not required, but the MQW
また、歪み補償MQW光吸収層23上には、層厚1.5μmのCドープp型InAlAs第2クラッド層24、層厚0.5μmのCドープp型InGaAsコンタクト層25が積層され、メサストライプはRuドープ半絶縁性InP埋め込み層26で埋め込まれている。
Further, a C-doped p-type InAlAs second clad
この光変調器では、広い面積で接触しているCドープp型InAlAs第2クラッド層24とRuドープ半絶縁性InP埋め込み層26との間でドーパントの相互拡散は生じない為、従来のZnドープp型クラッド層をもつ光変調器に比較し、寄生容量を低減することができるので、素子容量も低減される。
In this optical modulator, since the interdiffusion of dopant does not occur between the C-doped p-type InAlAs
また、p型クラッドInAlAs第2クラッド層24のドーパントとして、低拡散性のCを用いているので、MQW光吸収層23へのp型ドーパントの拡散は殆ど生じない。
Further, since C having low diffusibility is used as the dopant of the p-type cladding InAlAs
前記したところから、従来のZnドープp型InPクラッド層をもつ光変調器に比較して高速変調特性を向上することができる。 From the above, it is possible to improve the high-speed modulation characteristics as compared with a conventional optical modulator having a Zn-doped p-type InP cladding layer.
実施例2の光変調器に於いては、コンタクト層25の材料としてCドープp型InGaAsを用いたが、これはZnドープp型InGaAsに代替して良い。
In the optical modulator of the second embodiment, C-doped p-type InGaAs is used as the material of the
また、第2クラッド層24の材料としてCドープp型InAlAsを用いたが、これはCドープp型InGaAlAsに代替して良い。
Further, although C-doped p-type InAlAs is used as the material of the
また、MQW光吸収層23に於ける障壁層の材料としてアンドープInAlAsを用いたが、これはアンドープInGaAlAsに代替して良い。
Further, although undoped InAlAs is used as the material of the barrier layer in the MQW
また、MQW光吸収層23は、アンドープInGaAlAs井戸層とアンドープInAlAs障壁層とで構成したが、アンドープInGaAsP井戸層とアンドープInGaAsP障壁層とで構成しても良い。
The MQW
また、埋め込み層26の材料としてRuドープ半絶縁性InPを用いたが、これはFeドープ半絶縁性InPに代替して良い。
Further, although Ru-doped semi-insulating InP is used as the material of the buried
本発明では、前記実施例の他、実施例1の半導体レーザと実施例2の光変調器を集積化して光半導体素子を構成したり、或いは、受光素子などに適用することもできる。
In the present invention, in addition to the above embodiments, the semiconductor laser of
11 n型(100)InP基板
12 n型InP第1クラッド層
13 InGaAlAs第1光ガイド層
14 InGaAlAs−MQW活性層
15 InGaAlAs第2光ガイド層
16 Cドープp型InAlAs第2クラッド層
17 Cドープp型InGaAsコンタクト層
18 Feドープ半絶縁性InP埋め込み層
19 p側電極
20 n側電極
11 n-type (100) InP substrate 12 n-type InP
Claims (5)
該メサ構造内に含まれた炭素(C)ドープp型 III−V族半導体層と、
該メサ構造の側面のうち少なくとも該Cドープp型 III−V族半導体層の領域を埋め込む半絶縁性半導体層と
を備えてなることを特徴とする光半導体素子。 In a buried heterostructure optical semiconductor device in which a mesa structure formed in a semiconductor stacked structure on a group III-V semiconductor substrate is buried with a semiconductor layer,
A carbon (C) -doped p-type group III-V semiconductor layer included in the mesa structure;
An optical semiconductor element comprising: a semi-insulating semiconductor layer that fills at least a region of the C-doped p-type III-V semiconductor layer in the side surface of the mesa structure.
を特徴とする請求項1記載の光半導体素子。 2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the III-V semiconductor substrate is made of InP and the semi-insulating semiconductor layer is made of Fe-doped InP.
を特徴とする請求項1記載の光半導体素子。 At least a part of the C-doped p-type III-V semiconductor layer included in the mesa structure is a p-side cladding layer made of InAlAs or InGaAlAs, and the semi-insulating semiconductor layer made of Fe-doped InP. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device is a material.
を特徴とする請求項1記載の光半導体素子。 2. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the III-V semiconductor substrate is made of InP and the semi-insulating semiconductor layer is made of Ru-doped InP.
を特徴とする請求項1記載の光半導体素子。 At least a part of the C-doped p-type III-V semiconductor layer included in the mesa structure is a p-type cladding layer made of InAlAs or InGaAlAs, and the semi-insulating semiconductor layer made of Ru-doped InP. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor device is a material.
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