JP2008172210A - 埋込型半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】埋込型半導体レーザであって、n型InP基板と、前記n型InP基板上の活性層と、前記活性層を挟むように設けられたブロック層と、前記活性層と前記ブロック層とを覆うように設けられたクラッド層と、前記クラッド層上のp型InGaAsコンタクト層と、を備え、前記p型InGaAsコンタクト層は圧縮歪みを有することを特徴とする埋込型半導体レーザ。
【選択図】図1
Description
特許文献3に記載のInGaAsコンタクト層は、活性層と一緒に成長されるため、平坦な形状を有する。同文献において、活性層への歪みの付与は、InGaAsコンタクト層上の絶縁膜および電極膜の膜応力を利用しているため、InGaAsコンタクト層は歪みを有さない。
このn型InP基板を用いた埋込型半導体レーザの構造において、InGaAsコンタクト層を活性層直上のp型InGaAsコンタクト層の傾斜部から50μm以上の十分離れた平坦部で、InPに格子整合させた場合、活性層直上の傾斜部におけるp型InGaAsコンタクト層は、InPクラッド層に対して引っ張り歪みが印加される。この活性層直上の傾斜部におけるp型InGaAsコンタクト層の引っ張り歪みは、転位等の欠陥の発生を誘発する可能性があり、半導体装置の信頼性への影響が懸念される。
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、転位等の欠陥の発生が抑制されて、信頼性の向上した半導体装置を提供するものである。
コンタクト層に付与する歪みを調整して、コンタクト層全体の引っ張り歪みを低く抑制することにより、転位の発生が抑制されたコンタクト層を得ることができる。
平坦部の組成を圧縮歪み側へ補正して成長させることにより、傾斜部の引っ張り歪みは低減され、転位等の欠陥の発生を防止することができる。
電極金属との良好なオーミックコンタクトに必要な、電極金属のアロイ後の拡散長に対して十分な厚さである、0.3μm厚のp型InGaAsコンタクト層を用いて、J.W.Matthews and A.E.Blakesleeらのモデル(J.W.Matthews and A.E.Blakeslee,J.Crystal Growth 27(1974)118−125)に基づいた臨界歪み量の検討を行った結果、平坦部の圧縮歪みを0.1%以上0.2%以下とすることで、平坦部および傾斜部が共に臨界歪みを超えないp型InGaAsコンタクト層を形成することができ、転位等の欠陥の発生を抑制することができる。
p型InGaAsコンタクト層厚を0.3μm以下にすると、p型InGaAsコンタクト層の圧縮歪み組成の許容範囲はさらに広げることができる。
p型InAs層およびp型GaAs層は、n型InP基板に対して、それぞれ、+3.2%および−3.7%の格子不整を有するが、超格子構造の平坦部における圧縮歪みが平均で、0.1%以上0.2%以下となるように調整することにより、平坦部および傾斜部の両方で、平均歪みが臨界歪みを超えないp型InAs/GaAs超格子構造のコンタクト層が得られる。
ここで、n型InP基板上にp型InGaAs結晶を成長させる場合、p型InGaAsコンタクト層の歪み(ε)は、Ga組成(x)によって決定される。この関係を以下に説明する。
a(InP)=5.8688オングストローム、
a(GaAs)=5.6533オングストローム、
a(InAs)=6.0584オングストローム、
であり、
a(In1−xGaxAs)=xa(GaAs)+(1−x)a(InAs)=6.0584−0.4051x ・・・式1
となる。従って、歪み(ε)とGa組成(x)との関係は、以下の式2で表される。
ε(%)=[a(In1−xGaxAs)−a(InP)]/a(InP)
=3.2306−6.9026x ・・・式2
上記式2に関して、縦軸を歪みε(%)、横軸をGa組成xとしたグラフを、図5に示す。正の歪みεは圧縮歪みを表し、負の歪みεは引っ張り歪みを表す。例えば、p型InGaAsコンタクト層が歪みを有さない場合(ε=0)、即ち、n型InP基板と格子整合している場合のInGaAsコンタクト層の組成は、式2より、In0.53Ga0.47As(x=0.47)である。
本発明において、InGaAsコンタクト層の組成は、上記式2を用いて決定する。
図1(a)は、本発明の第1の実施形態における埋込型半導体レーザの構造を示す。本実施形態の半導体装置は、n型InP基板11、発光部となる活性層17、p型InPブロック層18、n型InPブロック層19、およびp型クラッド層20、ならびにp型InGaAsコンタクト層21を備える。
ブロック層18および19は、活性層17の両側に設けられる。言い換えると、ブロック層18および19の間に活性層17が存在する。
p型クラッド層20は、活性層17およびブロック層18および19を覆うように設けられる。
図1(b)は、図1(a)の活性層17近傍を拡大した図面である。
n型InP基板11上に、n型InPクラッド層12、n型InGaAsPガイド層13、活性層17、p側InGaAsPガイド層15、およびp型InPクラッド層16を含むメサ構造を有する。活性層17は量子井戸構造を有する。
本実施形態において、結晶成長は有機金属気相成長法(MOVPE法)で行い、原料としては、トリメチルインジウム(TMIn)、トリエチルガリウム(TEGa)、アルシン(AsH3)、ホスフィン(PH3)、ジシラン(Si2H6)及びジエチルジンク(DEZn)を用いる。
料系を使用しても構わない。
0.1〜0.2%の圧縮歪みを有するコンタクト層を形成するために、上記式2を用いて、InGaAsの組成を、In0.546Ga0.454As〜In0.561Ga0.439Asとなるようにトリメチルガリウムとトリメチルインジウムの流量を調整する。
図3を参照して、図1におけるp型InGaAsコンタクト層21がp型InAs層とp型GaAs層の超格子構造に置き換えられた埋込型半導体レーザの実施形態を説明する。図3において、p型InGaAsコンタクト層31は、p型InAs層32とp型GaAs層33の超格子構造である。本実施形態は、第1の実施形態と同様に、p型InPクラッド層20まで成長させた後、p型InAs層32とp型GaAs層33から構成されるInAs/GaAs超格子構造31を成長させる。この時、活性層直上の傾斜部から50μm以上の十分離れた平坦部において、p型InAs/GaAs超格子構造31が平均で0.1%以上0.2%以下の圧縮歪みを有するように成長させることにより、平坦部および活性層17直上の傾斜部が共に臨界歪み以下になっていることが確認される。
本実施形態において、活性層17直上のコンタクト層31の領域は、底面がU字型の断面を有する構成であるが、このような構成に限定されず、例えば、底面が平坦な凹型の断面を有する構成であってもよい。
12 n型InPクラッド層
13 n側InGaAsPガイド層
14 量子井戸活性層
15 p側InGaAsPガイド層
16 p型InPクラッド層
17 活性層
18 p型InPブロック層
19 n型InPブロック層
20 p型InPクラッド層
21 p型InGaAsコンタクト層
31 p型InAs/GaAs超格子構造
32 p型InAs層
33 p型GaAs層
41 SiONx膜マスク
42 フォトレジスト
43 キャリア再結合層
51 フォトレジスト
Claims (8)
- n型InP基板と、
前記n型InP基板上の活性層と、
前記活性層の両側を挟むように設けられたブロック層と、
前記活性層と前記ブロック層とを覆うように設けられたクラッド層と、
前記クラッド層を覆うように設けられたp型InGaAsコンタクト層と、を備え、
前記p型InGaAsコンタクト層は圧縮歪みを有することを特徴とする埋込型半導体レーザ。 - 請求項1に記載の埋込型半導体レーザであって、前記p型InGaAsコンタクト層は、前記活性層直上から離れた平坦部と、前記活性層直上の傾斜部とを有し、p型InGaAsコンタクト層の前記平坦部は臨界歪み内の圧縮歪みを有し、p型InGaAsコンタクト層の前記傾斜部は臨界歪み内の引っ張り歪みを有することを特徴とする埋込型半導体レーザ。
- 請求項2に記載の埋込型半導体レーザであって、p型InGaAsコンタクト層の前記平坦部が、0.3μmの層厚を有し、平坦部の前記圧縮歪みは0.1%以上0.2%以下であることを特徴とする埋込型半導体レーザ。
- 請求項3に記載の埋込型半導体レーザであって、前記p型InGaAsコンタクト層が、p型InAs層とp型GaAs層との超格子構造から構成され、前記p型InAs層と前記p型GaAs層は、前記平坦部において、平均で0.1%以上0.2%以下の圧縮歪みを有することを特徴とする埋込型半導体レーザ。
- n型InP基板上に、活性層を形成する工程と、
前記活性層の両側にブロック層を形成する工程と、
前記活性層と前記ブロック層とを覆うようにクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層を覆うようにp型InGaAsコンタクト層を形成する工程と、を含み、
p型InGaAsコンタクト層を形成する前記工程が、圧縮歪みを有するp型InGaAsコンタクト層を形成する工程を含むことを特徴とする埋込型半導体レーザを製造する方法。 - 請求項5に記載の製造方法であって、p型InGaAsコンタクト層を形成する前記工程は、前記活性層直上から離れた平坦部と、前記活性層直上の傾斜部とを有し、前記平坦部は臨界歪み内の圧縮歪みを有し、前記傾斜部は臨界歪み内の引っ張り歪みを有するp型InGaAsコンタクト層を形成する工程を含むことを特徴とする製造方法。
- 請求項6に記載の製造方法であって、p型InGaAsコンタクト層を形成する前記工程は、前記平坦部が0.3μmの膜厚を有し、平坦部の前記圧縮歪みが0.1%以上0.2%以下であるp型InGaAsコンタクト層を形成する工程を含むことを特徴とする製造方法。
- 請求項7に記載の製造方法であって、p型InGaAsコンタクト層を形成する前記工程は、p型InAs層とp型GaAs層との超格子構造から構成され、前記p型InAs層と前記p型GaAs層は、前記平坦部において、平均で0.1%以上0.2%以下の圧縮歪みを有するp型InGaAsコンタクト層を形成する工程を含むことを特徴とする製造方法。
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