JP2008211142A - Optical semiconductor device - Google Patents

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Masakazu Arai
昌和 荒井
Yasuhiro Kondo
康洋 近藤
Takeshi Fujisawa
剛 藤澤
Nobuhiro Nunotani
伸浩 布谷
Yasuo Shibata
泰夫 柴田
Kyoichi Kinoshita
恭一 木下
Shinichi Yoda
眞一 依田
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Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To execute distortion compensation, improve crystallinity and reduce heat resistance in a distortion quantum well structure on an InGaAs substrate. <P>SOLUTION: A distortion quantum well structure α is formed on an InGaAs substrate 1. Quantum well layers 4, 6, 8 of the quantum well structure α have compression distortion. In order to execute distortion compensation of the compression distortion, InGaAs/GaAs barrier layers 3, 5, 7, 9 including a GaAs layer as a tensile distortion are laminated and formed among the quantum well layers 4, 6, 8. In this way, misfit transition due to distortion and generation of defects can be relaxed. The heat resistance of GaAs having a binary crystal is reduced to suppress temperature rise. Meanwhile. AlAs, AlGaAs or InGaAs may be used instead of the GaAs as tensile distortion. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光半導体装置に関し、歪量子井戸構造における歪補償を良好に行うと共に、結晶性向上と熱伝導率改善を図るように工夫したものである。
なお、光半導体装置とは、レーザや光アンプや光変調器等を含む装置である。
The present invention relates to an optical semiconductor device, which is devised so as to satisfactorily compensate for strain in a strained quantum well structure and improve crystallinity and thermal conductivity.
An optical semiconductor device is a device including a laser, an optical amplifier, an optical modulator, and the like.

光源波長が1.3μm〜1.55μmである光ファイバ通信では、従来、バンドギャップ、格子定数の関係上作製しやすい、InP基板上のInGaAsP系レーザが用いられてきた。通常、発振特性の改善のために、活性層に歪量子井戸構造を採用している。一般に、歪量を増大させれば、微分利得が向上するため、レーザ特性が改善することが知られている。しかし、大きすぎる歪は結晶性の劣化を招くので、その構成材料としては、InP基板との格子定数差を考慮して、量子井戸層には1%前後の圧縮歪となるInGaAsPを用い、障壁層にはInP基板と格子整合した組成となるInGaAsPを用いることが一般的である。   Conventionally, in an optical fiber communication with a light source wavelength of 1.3 μm to 1.55 μm, an InGaAsP laser on an InP substrate, which is easy to produce due to the band gap and the lattice constant, has been used. Usually, a strained quantum well structure is employed in the active layer in order to improve the oscillation characteristics. Generally, it is known that increasing the amount of distortion improves the laser characteristics because the differential gain is improved. However, too large strain leads to deterioration of crystallinity. Therefore, considering the lattice constant difference from the InP substrate, InGaAsP having a compressive strain of about 1% is used for the quantum well layer as a constituent material. In general, InGaAsP having a composition lattice-matched to the InP substrate is used for the layer.

このような従来のInP基板上レーザでは、伝導帯側の量子井戸層と障壁層間のバンドオフセットが小さいために、高温条件下にすると電子のオーバーフローによる光学利得の低下が生じ、しきい値電流の増加、効率の低下が引き起こされる。しきい値電流の温度依存性を示す特性温度は50K程度と低く、ペルチェクーラー等の温度調整器の使用が不可欠であった。   In such a conventional laser on an InP substrate, since the band offset between the quantum well layer on the conduction band side and the barrier layer is small, the optical gain is reduced due to the overflow of electrons under high temperature conditions. Increases and decreases efficiency. The characteristic temperature indicating the temperature dependence of the threshold current is as low as about 50K, and the use of a temperature regulator such as a Peltier cooler has been indispensable.

また同じInP基板上において、InGaAsP系より大きなバンドオフセットを持つといわれるAlGaInAs系レーザも開発されているが、GaAs基板上の短波長InGaAsレーザに比べると、温度特性は劣っている。さらに、Alを含んだ材料固有の酸化による信頼性劣化が懸念される。   Also, an AlGaInAs laser that is said to have a larger band offset than the InGaAsP laser on the same InP substrate has been developed, but its temperature characteristics are inferior to those of the short wavelength InGaAs laser on the GaAs substrate. Furthermore, there is a concern about reliability deterioration due to oxidation inherent to materials containing Al.

GaAs基板上では、比較的短波長の0.78μm、0.85μm、0.98μm、1.06μm帯レーザが実用化されており、特性温度が150Kを超える優れた温度特性が示されている。これは伝導帯側の大きなバンドオフセットによるものである。しかしながら、GaAs基板上のInGaAs歪量子井戸構造によって1.3μmでの発光を得るためには、In組成を50%程度に高める必要がある。In組成の増加とともに、GaAs基板との格子不整合が大きくなり、3次元成長やミスフィット転位が生じる。そのため、1.3μm以上の波長帯での高品質な量子井戸層の形成は困難である。   On the GaAs substrate, 0.78 μm, 0.85 μm, 0.98 μm, and 1.06 μm band lasers having relatively short wavelengths have been put into practical use, and excellent temperature characteristics exceeding 150K are shown. This is due to a large band offset on the conduction band side. However, in order to obtain light emission at 1.3 μm by the InGaAs strained quantum well structure on the GaAs substrate, it is necessary to increase the In composition to about 50%. As the In composition increases, the lattice mismatch with the GaAs substrate increases, resulting in three-dimensional growth and misfit dislocations. For this reason, it is difficult to form a high-quality quantum well layer in a wavelength band of 1.3 μm or more.

この格子不整合とバンドオフセットの問題を改善する手段として、GaAsより格子定数が大きいInGaAs3元基板上の歪量子井戸構造が提案された。(K.Otsubo, et al.,IEEE Photonics Technology Letter, Vol.10, No.8, pp.1073-1075, 1998.)   As a means for improving the problem of lattice mismatch and band offset, a strained quantum well structure on an InGaAs ternary substrate having a lattice constant larger than that of GaAs has been proposed. (K. Otsubo, et al., IEEE Photonics Technology Letter, Vol. 10, No. 8, pp.1073-1075, 1998.)

図15は、InGaAs歪量子井戸層の歪と発光波長との関係である。量子井戸層の厚さは10nmとしている。ここで、InGaAs障壁層は基板に格子整合する組成を用いた。
1.3μmの発光を得るための量子井戸層の歪量は、GaAs基板上では3.2%、In組成0.1のInGaAs基板では2.3%、In組成0.2のInGaAs基板では1.8%となる。
この構造では、量子井戸層と障壁層のIn組成の差を大きくするほどバンド不連続も大きくなるためキャリアオーバーフローの抑制が可能となり、温度特性が向上する。しかしながら、量子井戸層の歪量が大きくなるため、結晶性の劣化が起こる。そのため3元基板上高歪量子井戸の結晶性向上技術が必要となる。
FIG. 15 shows the relationship between the strain of the InGaAs strained quantum well layer and the emission wavelength. The thickness of the quantum well layer is 10 nm. Here, the InGaAs barrier layer has a composition lattice-matched to the substrate.
The amount of strain in the quantum well layer for obtaining light emission of 1.3 μm is 3.2% on the GaAs substrate, 2.3% on the InGaAs substrate having the In composition of 0.1, and 1 on the InGaAs substrate having the In composition of 0.2. 8%.
In this structure, as the difference in In composition between the quantum well layer and the barrier layer increases, the band discontinuity increases, so that carrier overflow can be suppressed and temperature characteristics are improved. However, since the amount of strain in the quantum well layer increases, the crystallinity deteriorates. Therefore, a technique for improving the crystallinity of a high strain quantum well on a ternary substrate is required.

また、半導体レーザの高温動作特性に影響が大きいものとして、素子の熱抵抗の問題がある。InGaAs3元基板を半導体レーザ構造へ用いた場合、結晶の混晶化により、組成に対して物性値が比例せず、非線形因子が存在する。そのため、2元に比べ3元や4元混晶の物性値は2次関数的な振る舞いを示す。例えばInGaAsは、そのもとになるInAsやGaAsに比べ、材料の熱抵抗が上昇する問題がある。図16は、InGaAsの熱伝導率のIn組成依存性である。これによるとIn0.3Ga0.7AsではGaAsの熱伝導率2.3に比べ8倍程度高いことがわかる。クラッド層や活性層の熱抵抗が上昇することにより、活性層で発生した熱がヒートシンクへ逃げる効率が低下し、活性層の温度上昇につながる。 In addition, there is a problem of the thermal resistance of the element as having a large influence on the high-temperature operating characteristics of the semiconductor laser. When an InGaAs ternary substrate is used in a semiconductor laser structure, the physical property value is not proportional to the composition due to the mixed crystal of the crystal, and there is a nonlinear factor. Therefore, the physical property values of ternary and quaternary mixed crystals show a quadratic function behavior compared to binary. For example, InGaAs has a problem that the thermal resistance of the material is increased as compared with InAs and GaAs as a base material. FIG. 16 shows the In composition dependence of the thermal conductivity of InGaAs. According to this, it can be seen that In 0.3 Ga 0.7 As is about 8 times higher than the thermal conductivity 2.3 of GaAs. As the thermal resistance of the cladding layer and the active layer increases, the efficiency with which the heat generated in the active layer escapes to the heat sink decreases, leading to an increase in the temperature of the active layer.

特に垂直共振面発光レーザ型では、半導体多層膜反射鏡に混晶を用いること、および電流注入が小さい活性領域に集中する構造のために、この影響が端面出射型のレーザに比べ大きくなる。   In particular, in the vertical cavity surface emitting laser type, the influence is greater than that in the edge emitting type laser due to the use of a mixed crystal in the semiconductor multilayer mirror and the structure in which current injection is concentrated in a small active region.

K.Otsubo, et al.,IEEE Photonics Technology Letter, Vol.10, No.8, pp.1073-1075, 1998.K. Otsubo, et al., IEEE Photonics Technology Letter, Vol.10, No.8, pp.1073-1075, 1998. 著者:Peter S.Zory.Jr、書名「Quantum Well Lasers」、発行所:Academic Press、発行年月日:1993/5/19、p.379、Author: Peter S.Zory.Jr, book title "Quantum Well Lasers", publisher: Academic Press, publication date: May 19, 1993, p.379

以上のように、通信用半導体レーザ光源の温度特性向上のためには3元基板上歪量子井戸レーザが有効であるが、発振波長を通信波長帯である1.3μm以上にするためには量子井戸層の高歪化が必要であり、そのためミスフィット転位の発生等による結晶性の劣化が問題であった。また、高温動作特性の向上のためには、3元結晶を用いた場合の熱抵抗上昇も問題であった。本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは優れた温度特性が期待されるInGaAs3元基板上の高歪量子井戸構造の結晶性の向上と熱抵抗の低減にある。   As described above, a strained quantum well laser on a ternary substrate is effective for improving the temperature characteristics of a semiconductor laser light source for communication, but in order to increase the oscillation wavelength to 1.3 μm or more, which is a communication wavelength band, It is necessary to increase the strain of the well layer. Therefore, crystallinity deterioration due to misfit dislocations has been a problem. In addition, an increase in thermal resistance when using a ternary crystal has also been a problem for improving high-temperature operating characteristics. The present invention has been made in view of the above points, and its object is to improve the crystallinity and reduce the thermal resistance of a high strain quantum well structure on an InGaAs ternary substrate where excellent temperature characteristics are expected. It is in.

上記課題を解決する本発明の光半導体装置の構成は、
3元混晶の半導体結晶In(x)Ga(1-x)Asからなる基板の上に、活性層として形成される歪量子井戸構造において、
前記歪量子井戸構造は、圧縮歪量子井戸層と、障壁層とからなり、
前記障壁層は、引っ張り歪障壁層であって、前記引張り歪量が0より大きく1.5%以下であることを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor device of the present invention that solves the above problems is as follows.
In a strained quantum well structure formed as an active layer on a substrate composed of a ternary mixed crystal semiconductor crystal In (x) Ga (1-x) As,
The strain quantum well structure comprises a compression strain quantum well layer and a barrier layer,
The barrier layer is a tensile strain barrier layer, wherein the tensile strain amount is greater than 0 and 1.5% or less.

また本発明の光半導体装置の構成は、
3元混晶の半導体結晶In(x)Ga(1-x)Asからなる基板の上に、活性層として形成される歪量子井戸構造において、
前記歪量子井戸構造は、圧縮歪量子井戸層と、GaAs又はAlAs又はAlGaAsを含む障壁層とからなることを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor device of the present invention is as follows.
In a strained quantum well structure formed as an active layer on a substrate composed of a ternary mixed crystal semiconductor crystal In (x) Ga (1-x) As,
The strained quantum well structure includes a compressive strained quantum well layer and a barrier layer containing GaAs, AlAs, or AlGaAs.

また本発明の光半導体装置の構成は、
3元混晶の半導体結晶In(x)Ga(1-x)Asからなる基板の上に、活性層として形成される歪量子井戸構造において、
前記歪量子井戸構造は、圧縮歪量子井戸層と、GaAs又はAlAsを含む障壁層とからなることを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor device of the present invention is as follows.
In a strained quantum well structure formed as an active layer on a substrate composed of a ternary mixed crystal semiconductor crystal In (x) Ga (1-x) As,
The strain quantum well structure includes a compressive strain quantum well layer and a barrier layer containing GaAs or AlAs.

また本発明の光半導体装置の構成は、
3元混晶の半導体結晶In(x)Ga(1-x)Asからなる基板の上に、活性層として形成される歪量子井戸構造において、
前記歪量子井戸構造は、圧縮歪量子井戸層と、In(y)Ga(1-y)Asを含む障壁層とからなることを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor device of the present invention is as follows.
In a strained quantum well structure formed as an active layer on a substrate composed of a ternary mixed crystal semiconductor crystal In (x) Ga (1-x) As,
The strain quantum well structure includes a compressive strain quantum well layer and a barrier layer containing In (y) Ga (1-y) As.

また本発明の光半導体装置の構成は、
前記障壁層に含まれるIn(y)Ga(1-y)AsのIn組成比yが0<y≦0.05の範囲にあることを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor device of the present invention is as follows.
The In composition ratio y of In (y) Ga (1-y) As contained in the barrier layer is in the range of 0 <y ≦ 0.05.

また本発明の光半導体装置の構成は、
前記障壁層が、前記圧縮歪量子井戸層との界面側にIn(z)Ga(1-z)As層を有することを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor device of the present invention is as follows.
The barrier layer has an In (z) Ga (1-z) As layer on the interface side with the compressive strain quantum well layer.

また本発明の光半導体装置の構成は、
半導体結晶In(x)Ga(1-x)Asからなる前記基板の組成比xは、0<x≦0.2の範囲にあることを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor device of the present invention is as follows.
The composition ratio x of the substrate made of semiconductor crystal In (x) Ga (1-x) As is in the range of 0 <x ≦ 0.2.

また本発明の光半導体装置の構成は、
前記歪量子井戸構造の発光波長が1.1〜1.6μmであることを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor device of the present invention is as follows.
The strained quantum well structure has an emission wavelength of 1.1 to 1.6 μm.

また本発明の光半導体装置の構成は、
前記圧縮歪量子井戸層の材料が、InGaAs、GaInNAs、AlGaInAs、InGaAsPのいずれかであることを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor device of the present invention is as follows.
The material of the compressive strain quantum well layer is any one of InGaAs, GaInNAs, AlGaInAs, and InGaAsP.

また本発明の光半導体装置の構成は、
前記歪量子井戸構造がメサストライプ状に加工されており前記歪量子井戸構造の両側を半導体結晶により埋め込まれたことを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor device of the present invention is as follows.
The strained quantum well structure is processed in a mesa stripe shape, and both sides of the strained quantum well structure are embedded with a semiconductor crystal.

また本発明の光半導体装置の構成は、
前記歪量子井戸構造の両側を埋め込む半導体結晶がRuドープ半絶縁性半導体結晶であることを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor device of the present invention is as follows.
The semiconductor crystal filling both sides of the strained quantum well structure is a Ru-doped semi-insulating semiconductor crystal.

また本発明の光半導体モジュールの構成は、
上記の光半導体装置において、
前記基板側と反対側の前記積層構造側の面がヒートシンクに接していることを特徴とする。
The configuration of the optical semiconductor module of the present invention is as follows.
In the above optical semiconductor device,
The surface of the laminated structure side opposite to the substrate side is in contact with a heat sink.

本発明によれば、良好な歪補正ができると共に、結晶性向上と熱伝導率改善をした、光半導体装置を実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize an optical semiconductor device that can perform good distortion correction and that has improved crystallinity and improved thermal conductivity.

以下に本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明はInGaAsからなる3元基板上に形成される圧縮歪量子井戸において、2元のGaAsまたはAlAsを導入することによる歪補償、結晶性向上と熱伝導率改善という新たな発想をもとにしたものである。
The best mode for carrying out the present invention will be described below.
The present invention is based on a new idea of strain compensation, crystallinity improvement and thermal conductivity improvement by introducing binary GaAs or AlAs in a compressive strain quantum well formed on a ternary substrate made of InGaAs. It is a thing.

基板に対して、圧縮歪となる量子井戸に対して、障壁層の全部または一部に、基板に対して格子定数の小さい引張り歪のGaAsまたはAlAs層を導入することにより、歪補償構造になり、歪による転位の発生が緩和される。また高歪量子井戸成長には低温成長が必要であるが、そのような条件においても2元結晶は3元で見られるような相分離が原理的に生じないため、結晶性は向上できる。さらに3元混晶に変えて、2元のGaAsまたはAlAs層を用いることで最も温度が上昇する活性層での基板の垂直方向、面内方向への熱伝導性を向上させる効果も生じる。そのため、レーザの活性層温度の上昇が抑えられ、高温環境下でも温度調整器が不要な低コストモジュールを実現することが可能となる。   A strain compensation structure is obtained by introducing a tensile strained GaAs or AlAs layer with a small lattice constant relative to the substrate into all or part of the barrier layer against the quantum well that is compressive strained against the substrate. , The occurrence of dislocation due to strain is alleviated. In addition, low strain growth is necessary for high strain quantum well growth, but even under such conditions, the phase separation that occurs in the binary crystal as seen in the ternary does not occur in principle, so that the crystallinity can be improved. Furthermore, by using a binary GaAs or AlAs layer instead of a ternary mixed crystal, the effect of improving the thermal conductivity in the vertical and in-plane directions of the substrate in the active layer where the temperature rises the most is also produced. Therefore, an increase in the temperature of the active layer of the laser can be suppressed, and a low-cost module that does not require a temperature regulator even in a high temperature environment can be realized.

ここで、本発明の実施例1を図1に基づいて説明する。
実施例1は図1に示すような3元基板上InGaAsレーザ構造において、波長1.3μmでのレーザ発振を実現するための構造である。成長は有機金属気相成長法(MOVPE)を用いて行った。基板1はバルク結晶から切り出して、研磨を行ったIn組成0.1のn-In0.1Ga0.9As 基板である。この基板の上に成長温度700℃、成長圧力76TorrにてSiをドープしたn-In0.1Ga0.9Asバッファー層を成長し、さらにSiを5x1017ドープしたn-In0.58Ga0.42Pクラッド層2を1.5μmの厚さに成長した。その上に活性層として、図1に示すような、圧縮歪量子井戸層4,6,8の両側に、引張り歪となるInGaAs/GaAs歪補償障壁層3,5,7,9を配した歪量子井戸構造αを成長温度550℃で成長した。
Here, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG.
Example 1 is a structure for realizing laser oscillation at a wavelength of 1.3 μm in an InGaAs laser structure on a ternary substrate as shown in FIG. The growth was performed using metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). The substrate 1 is an n-In 0.1 Ga 0.9 As substrate having an In composition of 0.1 cut out from a bulk crystal and polished. An n-In 0.1 Ga 0.9 As buffer layer doped with Si is grown on this substrate at a growth temperature of 700 ° C. and a growth pressure of 76 Torr, and an n-In 0.58 Ga 0.42 P cladding layer 2 doped with 5 × 10 17 of Si is further formed. Grown to a thickness of 1.5 μm. On top of that, strains in which InGaAs / GaAs strain compensation barrier layers 3, 5, 7, and 9, which are tensile strains, are arranged as active layers on both sides of the compressive strain quantum well layers 4, 6, and 8, as shown in FIG. A quantum well structure α was grown at a growth temperature of 550 ° C.

さらに詳述すると、図2に示すように、厚さ10nmの量子井戸層4,6,8の両側に、厚さ5nmのIn0.1Ga0.9As障壁層を配し、更に、GaAs歪補償障壁層を配する。GaAs歪補償障壁層は厚さが15nmであり、In0.1Ga0.9As障壁層の間に配する。これらを3周期とした3層量子井戸活性層である。量子井戸層には1.3 μm発光が可能となる組成であるIn0.5Ga0.5Asを用いた。 More specifically, as shown in FIG. 2, an In 0.1 Ga 0.9 As barrier layer having a thickness of 5 nm is disposed on both sides of the quantum well layers 4, 6, and 8 having a thickness of 10 nm, and a GaAs strain compensation barrier layer is further provided. Arrange. The GaAs strain compensation barrier layer has a thickness of 15 nm and is disposed between the In 0.1 Ga 0.9 As barrier layers. It is a three-layer quantum well active layer with these three periods. In 0.5 Ga 0.5 As, which is a composition capable of emitting 1.3 μm light, was used for the quantum well layer.

ここでInGaAs基板のIn組成とGaAsの臨界膜厚の関係を計算した結果を図3に示す。通常半導体レーザや変調器などに用いる多重量子井戸構造では光のモードに対する利得を大きくするために、障壁層の厚さは10nm以上にする。この図の中ではGaAsの臨界膜厚15nmとなるIn組成は0.2であるため、InGaAs基板のIn組成は0.2を上限にする必要がある。
InGaAsのバンドギャップ(Eg)の組成依存性は以下のようになる。
InxGa1-xAs Eg = 1.424-1.62x+0.56x2 (eV)
ただしIn組成の大きい領域では歪によるバンドギャップの変化が現れる。その効果を取り入れるとIn0.5Ga0.5As のバンドギャップは0.88 eV となる。(非特許文献2:Quantum Well Lasers, p.379)
FIG. 3 shows the result of calculating the relationship between the In composition of the InGaAs substrate and the critical thickness of GaAs. In a multiple quantum well structure usually used for a semiconductor laser, a modulator, or the like, the thickness of the barrier layer is set to 10 nm or more in order to increase the gain for the mode of light. In this figure, since the In composition at which the critical thickness of GaAs is 15 nm is 0.2, the In composition of the InGaAs substrate must be 0.2.
The composition dependence of the band gap (Eg) of InGaAs is as follows.
In x Ga 1-x As Eg = 1.424-1.62x + 0.56x 2 (eV)
However, in the region with a large In composition, a change in band gap due to strain appears. Incorporating this effect, the band gap of In 0.5 Ga 0.5 As becomes 0.88 eV. (Non-patent document 2: Quantum Well Lasers, p.379)

また、伝導帯のバンドオフセットとバンドギャップのオフセット比:ΔEc/ΔEgは 0.65とした。
GaAs /In0.5Ga0.5As では 354 meVとInP基板上に比べ大きなバンドオフセットができる。さらにこれは歪補償を用いないIn0.1Ga0.9As /In0.5Ga0.5As量子井戸の伝導帯バンドオフセットの252meVと比較しても大きな値となる。
Further, the band offset to band gap offset ratio: ΔEc / ΔEg of the conduction band was set to 0.65.
With GaAs / In 0.5 Ga 0.5 As, 354 meV, which is a large band offset compared to the InP substrate. This is also a large value compared to the conduction band offset of 252 meV of In 0.1 Ga 0.9 As / In 0.5 Ga 0.5 As quantum wells without strain compensation.

ここで2元のGaAsにした構造の有無を比較し、その歪補償効果を調べた。構造は図2に示すようなGaAs歪補償障壁層を導入したものと、従来の技術である基板と同じ組成のInGaAs障壁層を比較した。
図4に障壁層の構造を変えた2種類の量子井戸構造のフォトルミネッセンス測定結果を示す。波長1280nmのピークを持つ2つのスペクトルを比べると、GaAs歪補償構造を導入したものが、無いものの約3倍の強度をもっていた。これは歪補償効果が3層量子井戸の平均歪量を低減させ、結晶性向上を可能にしたためと考えられる。
Here, the presence or absence of a binary GaAs structure was compared, and the distortion compensation effect was investigated. As for the structure, an InGaAs barrier layer having the same composition as that of a conventional substrate was compared with a structure in which a GaAs strain compensation barrier layer as shown in FIG. 2 was introduced.
FIG. 4 shows the photoluminescence measurement results of two types of quantum well structures with different barrier layer structures. Comparing two spectra with a peak at a wavelength of 1280 nm, the one with the GaAs strain compensation structure was about three times stronger than the one without. This is presumably because the strain compensation effect reduced the average strain amount of the three-layer quantum well and improved crystallinity.

図1に戻り説明を続けると、歪量子井戸構造αの上に亜鉛を5x1017 (cm-3)ドープしたp−In0.58Ga0.42P クラッド層10を1.5μmの厚さに成長し、その上にp型に2x1019 (cm-3)ドープした厚さ100nmの In0.1Ga0.9Asコンタクト層11を成長する。 Returning to FIG. 1 and continuing the explanation, a p-In 0.58 Ga 0.42 P cladding layer 10 doped with zinc 5 × 10 17 (cm −3 ) is grown on the strained quantum well structure α to a thickness of 1.5 μm, A 100 nm thick In 0.1 Ga 0.9 As contact layer 11 doped with 2 × 10 19 (cm −3 ) in a p-type is grown.

この上にスパッタリングでSiO2層を堆積し、さらにフォトリソグラフィによって幅2μm程度のストライプ状のマスクを形成する。ドライエッチングおよびウェットエッチングにより幅2μm、高さ1.6μmのメサストライプを形成する。この両脇をポリイミドで埋め込み、基板を研磨後に上下に電極12,13を形成し、リッジレーザへ加工した。 A SiO 2 layer is deposited thereon by sputtering, and a striped mask having a width of about 2 μm is formed by photolithography. A mesa stripe having a width of 2 μm and a height of 1.6 μm is formed by dry etching and wet etching. Both sides were filled with polyimide, and after polishing the substrate, electrodes 12 and 13 were formed on the upper and lower sides and processed into a ridge laser.

作製したレーザは、発振波長が1.3μmであり、閾値電流密度400A/cm2、光出力は室温で20mW、85℃で10mWを実現した。また閾値電流の温度依存性を示す特性温度は130Kと優れた温度特性を示した。
また、障壁層として、InGaAsを用いずに、障壁層の全てをGaAsのみで構成するようにしてもよい。要は、障壁層にGaAsを含んでいればよい。
ここで、障壁層におけるInGaAsの層厚は5nmでなくてもよく、GaAs層の層厚も15nmでなくてもよい。また、障壁層におけるInGaAsのIn組成は0よりも大きく量子井戸層のInGaAsのIn組成未満であることが望ましい。ただし、GaAsの層厚が厚すぎる場合、InGaAs層のIn組成が小さく層厚が厚すぎる場合等に障壁層の引っ張り歪が大きすぎると結晶が劣化する。
The fabricated laser has an oscillation wavelength of 1.3 μm, a threshold current density of 400 A / cm 2 , and an optical output of 20 mW at room temperature and 10 mW at 85 ° C. The characteristic temperature indicating the temperature dependence of the threshold current was 130K, indicating excellent temperature characteristics.
Further, as the barrier layer, all of the barrier layer may be made of only GaAs without using InGaAs. In short, it is sufficient that the barrier layer contains GaAs.
Here, the InGaAs layer thickness in the barrier layer may not be 5 nm, and the GaAs layer thickness may not be 15 nm. Further, the In composition of InGaAs in the barrier layer is preferably larger than 0 and less than the In composition of InGaAs in the quantum well layer. However, when the GaAs layer thickness is too thick, or when the In composition of the InGaAs layer is small and the layer thickness is too thick, etc., if the tensile strain of the barrier layer is too large, the crystal deteriorates.

次に本発明の実施例2について説明する。
上記の実施例1では、端面出射型について説明したが、以下に垂直共振面発光レーザ構造を採用した装置について説明する。図5はInGaAs基板1上に高屈折率材料であるInGaAs層14と低屈折率材料であるInAlAs層15を波長の1/4周期毎に積層した半導体多層膜反射鏡を用いた垂直共振面発光レーザ構造を示している。基板のIn組成を0.1と小さく抑えることで、InGaAs/InAlAs間の屈折率差はGaAs/AlAsの屈折率差である0.5程度に近づくため、反射率99%以上の良質な反射鏡の形成が可能となる。
なお、図5において、図1に示す実施例と同じ機能を果たす構成部材には、同じ符号を付し、重複する説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, the edge emission type has been described, but an apparatus that employs a vertical cavity surface emitting laser structure will be described below. FIG. 5 shows vertical resonant surface light emission using a semiconductor multilayer reflector in which an InGaAs layer 14 which is a high refractive index material and an InAlAs layer 15 which is a low refractive index material are laminated on an InGaAs substrate 1 every quarter period of wavelength. The laser structure is shown. By keeping the In composition of the substrate as small as 0.1, the difference in refractive index between InGaAs / InAlAs approaches 0.5, which is the difference in refractive index between GaAs / AlAs, enabling the formation of high-quality reflectors with a reflectivity of 99% or more. It becomes.
In FIG. 5, the same reference numerals are given to the constituent members that perform the same functions as those in the embodiment shown in FIG. 1, and duplicate descriptions are omitted.

図6はInGaAs基板上面発光レーザ構造の熱伝導計算結果である。活性層は4μm角とし、バイアス電流8mA、電圧4V、光出力は3mWを仮定し、計算を行った。実施例1と同様に障壁層の一部分に2元のGaAs層を導入した場合と、そうでなく基板と同じ組成の一様なInGaAs障壁層の場合の活性層付近の温度分布を示している。この結果、熱伝導性の高い2元のGaAsを導入したことにより、活性層温度の10Kの低減が見積もられた。この結果は3元基板上面発光レーザの障壁層への2元GaAs歪補償構造の有効性を実証しており、85℃まで動作する波長1.3μm帯面発光レーザを実現した。   FIG. 6 shows the results of thermal conduction calculation of the InGaAs substrate top emission laser structure. The calculation was performed assuming that the active layer was 4 μm square, the bias current was 8 mA, the voltage was 4 V, and the optical output was 3 mW. Similarly to Example 1, the temperature distribution in the vicinity of the active layer is shown in the case where a binary GaAs layer is introduced into a part of the barrier layer and in the case of a uniform InGaAs barrier layer having the same composition as the substrate. As a result, the introduction of binary GaAs with high thermal conductivity was estimated to reduce the active layer temperature by 10K. This result demonstrates the effectiveness of the binary GaAs strain compensation structure for the barrier layer of the ternary substrate top-emitting laser, and realizes a 1.3μm wavelength surface emitting laser operating up to 85 ° C.

(障壁層にAlAsを用いた場合の実施例)
実施例1,2では歪補償障壁層に導入する材料として、GaAsを用いたが、2元のAlAsを用いることも可能である。GaAsとAlAsは格子定数がそれぞれ5.6533Å、5.6611Åと近いため、両者の格子定数差は0.1%と非常に小さい。したがって、AlAsにおいてもGaAsと同様の歪補償効果を持っている。
(Example when AlAs is used for the barrier layer)
In Examples 1 and 2, GaAs is used as the material to be introduced into the strain compensation barrier layer, but binary AlAs can also be used. Since the lattice constants of GaAs and AlAs are close to 5.6533 mm and 5.6611 mm, respectively, the difference between the lattice constants is as small as 0.1%. Therefore, AlAs has the same distortion compensation effect as GaAs.

図7に示すように、n-In0.1Ga0.9As 基板1上にSiをドープしたn-In0.1Ga0.9Asバッファー層を成長し、さらにSiを5x1017(cm-3)ドープしたn-In0.1Al0.9Asクラッド層2′を1.5μmの厚さに成長し、その上に活性層構造を成長する。活性層は、圧縮歪量子井戸層4,6,8の両側に、引張り歪となるInGaAs/AlAs障壁層3′,5′,7′,9′を配した歪量子井戸構造αである。 As shown in FIG. 7, an n-In 0.1 Ga 0.9 As buffer layer doped with Si is grown on an n-In 0.1 Ga 0.9 As substrate 1, and further, n-In doped with 5 × 10 17 (cm −3 ) of Si. A 0.1 Al 0.9 As cladding layer 2 ′ is grown to a thickness of 1.5 μm, and an active layer structure is grown thereon. The active layer has a strained quantum well structure α in which InGaAs / AlAs barrier layers 3 ′, 5 ′, 7 ′, and 9 ′ that cause tensile strain are arranged on both sides of the compressive strain quantum well layers 4, 6, and 8.

さらに詳述すると、図8に示すように、AlAs歪補償障壁層を配する。AlAs歪補償障壁層は厚さが10nmであ。In0.18Ga0.82As量子井戸層は8nmとした。活性層αは4層の量子井戸層を持ち、発光波長は0.98 μmである。 More specifically, as shown in FIG. 8, an AlAs strain compensation barrier layer is provided. The AlAs strain compensation barrier layer has a thickness of 10 nm. The In 0.18 Ga 0.82 As quantum well layer was 8 nm. The active layer α has four quantum well layers, and the emission wavelength is 0.98 μm.

歪量子井戸構造αの上に亜鉛を5x1017(cm-3)ドープしたp−In0.1Al0.9As クラッド層10′を1.5μmの厚さに成長し、その上にp型に2x1019(cm-3)ドープした厚さ100nmの In0.1Ga0.9Asコンタクト層11を成長する。この成長後のウェハを幅40μmのブロードコンタクト型へ加工することにより、波長0.98μm帯レーザを作製した。 A p-In 0.1 Al 0.9 As cladding layer 10 ′ doped with zinc 5 × 10 17 (cm −3 ) is grown on the strained quantum well structure α to a thickness of 1.5 μm, and a p-type layer 2 × 10 19 (cm -3 ) A doped In 0.1 Ga 0.9 As contact layer 11 having a thickness of 100 nm is grown. By processing this grown wafer into a broad contact type having a width of 40 μm, a 0.98 μm wavelength laser was produced.

AlAsのバンドギャップは2.16 eVと大きいため、GaAsを障壁層に用いた場合に比べ、InGaAs量子井戸と障壁層の間のバンドギャップの差は大きくなる。高温下では有効質量の小さい電子が高エネルギー側への分布が増えるために量子井戸からあふれ出すキャリアオーバーフローにより、レーザの特性が劣化する。これを抑制し、高温下でもレーザ動作させるためには伝導帯のバンドオフセットΔEcを大きくすることが有効である。このような場合に、障壁層へAlを含んだAlAs材料を用いると、実施例1で述べたGaAsと同様の歪補償効果に加え、バンドギャップが大きくなるために、キャリアオーバーフローを効果的に抑制することができる。GaAs /In0.18Ga0.82As量子井戸では 165 meVと見積もられた伝導帯のバンドオフセットがAlAs /In0.18Ga0.82As量子井戸では644 meVであり、さらに高温下においても安定したレーザ動作が可能となる。作製したレーザは、発振波長が0.98μmであり、閾値電流密度500A/cm2、光出力は室温で50mW、85℃で30mWを実現した。また閾値電流の温度依存性を示す特性温度は150Kと優れた温度特性を示した。 Since the band gap of AlAs is as large as 2.16 eV, the difference in band gap between the InGaAs quantum well and the barrier layer is larger than when GaAs is used for the barrier layer. At high temperatures, the distribution of electrons with a small effective mass to the high energy side increases, so that the characteristics of the laser deteriorate due to carrier overflow that overflows from the quantum well. Increasing the band offset ΔEc of the conduction band is effective for suppressing this and operating the laser even at high temperatures. In such a case, if an AlAs material containing Al is used for the barrier layer, in addition to the strain compensation effect similar to that of GaAs described in Example 1, the band gap is increased, so that carrier overflow is effectively suppressed. can do. In the GaAs / In 0.18 Ga 0.82 As quantum well, the band offset of the conduction band estimated to be 165 meV is 644 meV in the AlAs / In 0.18 Ga 0.82 As quantum well, enabling stable laser operation even at high temperatures. Become. The fabricated laser has an oscillation wavelength of 0.98 μm, a threshold current density of 500 A / cm 2 , and an optical output of 50 mW at room temperature and 30 mW at 85 ° C. The characteristic temperature indicating the temperature dependence of the threshold current was 150K, indicating excellent temperature characteristics.

(障壁層にAlGaAsを用いた場合の実施例)
実施例1、3では障壁層にGaAsおよびAlAsを用いた場合を示したが、それらの混晶であるAlGaAsにおいてもGaAsおよびAlAsと同様の歪補償効果を持っている。
またGaAsよりもバンドギャップが大きくなるために、キャリアオーバーフローを効果的に抑制することができる。
AlGaAsのバンドギャップの組成依存性は以下のようになる。
AlxGa1-xAs Eg = 1.424+1.247x (eV) (0<x<0.45)
したがってAl0.2Ga0.8As / In0.3Ga0.7As量子井戸では伝導帯のバンドオフセットは403 meVと見積もられる。これは歪補償を用いないIn0.1Ga0.9As /In0.3Ga0.7As量子井戸の伝導帯バンドオフセットの142meVと比較すると大きな値となることを確認した。
(Example when AlGaAs is used for the barrier layer)
In Examples 1 and 3, the case where GaAs and AlAs are used for the barrier layer is shown, but AlGaAs as a mixed crystal thereof has the same strain compensation effect as GaAs and AlAs.
Further, since the band gap is larger than that of GaAs, carrier overflow can be effectively suppressed.
The composition dependence of the band gap of AlGaAs is as follows.
Al x Ga 1-x As Eg = 1.424 + 1.247x (eV) (0 <x <0.45)
Therefore, the band offset of the conduction band is estimated to be 403 meV in the Al 0.2 Ga 0.8 As / In 0.3 Ga 0.7 As quantum well. This was confirmed to be a large value compared with 142 meV of the conduction band offset of In 0.1 Ga 0.9 As / In 0.3 Ga 0.7 As quantum wells without strain compensation.

AlGaAsを歪補償層に用いた例としては、図9に示すように、n-In0.1Ga0.9As 基板1上にSiをドープしたn-In0.1Ga0.9Asバッファー層を成長し、さらにSiを5x1017(cm-3)ドープしたn-In0.58Ga0.42Pクラッド層2を1μmの厚さに成長し、その上に活性層構造を成長する。活性層は、図9に示すように、圧縮歪量子井戸層4,6,8の両側に、引張り歪となるAlGaAs障壁層3′′,5′′,7′′,9′′を配した歪量子井戸構造αである。 As an example of using AlGaAs as a strain compensation layer, as shown in FIG. 9, an n-In 0.1 Ga 0.9 As buffer layer doped with Si is grown on an n-In 0.1 Ga 0.9 As substrate 1, and Si is further added. A 5 × 10 17 (cm −3 ) doped n-In 0.58 Ga 0.42 P cladding layer 2 is grown to a thickness of 1 μm, and an active layer structure is grown thereon. In the active layer, as shown in FIG. 9, AlGaAs barrier layers 3 ″, 5 ″, 7 ″, and 9 ″ that cause tensile strain are arranged on both sides of the compression strain quantum well layers 4, 6, and 8. It is a strained quantum well structure α.

さらに詳述すると、図10に示すように、Al0.2Ga0.8As歪補償層を配する。Al0.2Ga0.8As歪補償層は厚さが20nmである。In0.5Ga0.5As量子井戸層は8nmとした。活性層は3層の量子井戸層を持つ。これらを3周期とした3層量子井戸活性層である。量子井戸層には1.1 μm発光が可能となる組成であるIn0.3Ga0.7Asを用いた。 More specifically, as shown in FIG. 10, an Al 0.2 Ga 0.8 As strain compensation layer is provided. The Al 0.2 Ga 0.8 As strain compensation layer has a thickness of 20 nm. The In 0.5 Ga 0.5 As quantum well layer was 8 nm. The active layer has three quantum well layers. It is a three-layer quantum well active layer with these three periods. For the quantum well layer, In 0.3 Ga 0.7 As having a composition capable of emitting 1.1 μm was used.

歪量子井戸構造αの上に亜鉛を5x1017(cm-3)ドープしたp−In0.58Ga0.42P クラッド層10を1μmの厚さに成長し、その上にp型に2x1019(cm-3)ドープした厚さ100nmの In0.1Ga0.9Asコンタクト層11を成長する。スパッタリングによりSiO2を堆積し、フォトリソグラフィ技術によりストライプ状のマスクを形成し、これをマスクとしてRIE(反応性イオンエッチング)により、幅2μmで高さ1μmのメサストライプを形成した。引き続き、メサストライプの両側の基板上に、MOVPE法により電流ブロック層として、RuドープのInGaP層を層厚2μm成長させた。Ruの原料として、ビスエチルシクロペンタディエニルルテニウムbis(ethylcyclopentadienyl) ruthenium(II) を用いた。更に、SiO2からなるマスクをHFにより除去し、層厚2μmでZnドーピング濃度が5x1017 (cm-3) であるp−In0.58Ga0.42P オーバークラッド層10を成長した。その上にp型に2x1019 (cm-3)ドープした厚さ100nmの In0.1Ga0.9Asコンタクト層11を成長した。 A p-In 0.58 Ga 0.42 P cladding layer 10 doped with zinc 5 × 10 17 (cm −3 ) is grown on the strained quantum well structure α to a thickness of 1 μm, and a p-type layer 2 × 10 19 (cm −3) is formed thereon. ) A doped In 0.1 Ga 0.9 As contact layer 11 having a thickness of 100 nm is grown. SiO2 was deposited by sputtering, a striped mask was formed by photolithography, and a mesa stripe having a width of 2 μm and a height of 1 μm was formed by using RIE (reactive ion etching) as a mask. Subsequently, a Ru-doped InGaP layer was grown as a current blocking layer on the substrates on both sides of the mesa stripe by a MOVPE method to a thickness of 2 μm. Bisethylcyclopentadienyl ruthenium (II) was used as a raw material for Ru. Further, the mask made of SiO2 was removed by HF, and a p-In 0.58 Ga 0.42 P overclad layer 10 having a layer thickness of 2 μm and a Zn doping concentration of 5 × 10 17 (cm −3 ) was grown. A 100 nm thick In 0.1 Ga 0.9 As contact layer 11 doped with 2 × 10 19 (cm −3 ) p-type was grown thereon.

作製したレーザは、発振波長が1.1μmであり、閾値電流密度500A/cm2、光出力は室温で20mW、85℃で15mWを実現した。また閾値電流の温度依存性を示す特性温度は135Kと優れた温度特性を示した。 The fabricated laser has an oscillation wavelength of 1.1 μm, a threshold current density of 500 A / cm 2 , and an optical output of 20 mW at room temperature and 15 mW at 85 ° C. The characteristic temperature indicating the temperature dependence of the threshold current was 135K, indicating excellent temperature characteristics.

(障壁層にInGaAsを用いた場合の実施例)
実施例1では障壁層にGaAsを用いた場合を示したが、インジウムを少量導入したInGaAsにおいても、障壁層のIn組成が基板のIn組成より少なければ、歪補償構造としての効果を持っている。
また低温で結晶成長を行う際に3元の結晶ではしばしば問題となる相分離の問題があるが、In組成が0.1より小さいInGaAsであれば、ミシビリティギャップの影響をほとんど受けないため、2元のGaAsと同様に、安定した結晶成長が可能となる。またGaAsに少量のInを添加することによる転位の混入抑制という効果もある。また、障壁層のIn組成が基板のIn組成より少なければ少ないほど、InGaAsのバンドギャップは大きくなるため、伝導帯のバンドオフセットは大きくなり、量子井戸の伝導帯における電子の閉じ込め効果は大きくなる。この効果は実施例1,3,4と同様に、キャリアオーバーフローを抑制し、レーザの温度特性の向上に効果がある。例えばIn組成が0.1のInGaAs基板上の量子井戸に障壁層として、In組成が0.02のInGaAsを用い、量子井戸には波長1.3μmの発光を実現するIn組成が0.5のInGaAsを用いたIn0.02Ga0.98As /In0.5Ga0.5As量子井戸では伝導帯のバンドオフセットは333 meVとなる。これは格子整合の障壁層を用いたIn0.1Ga0.9As /In0.5Ga0.5As量子井戸の伝導帯バンドオフセットの252meVと比較すると大きな値となる。ここでIn組成0.02を用いたが、In組成0.05以下であればバンドオフセットも十分大きく有効である。
(Example when InGaAs is used for the barrier layer)
In the first embodiment, the case where GaAs is used for the barrier layer is shown. However, even in InGaAs into which a small amount of indium is introduced, if the In composition of the barrier layer is less than the In composition of the substrate, it has an effect as a strain compensation structure. .
In addition, there is a problem of phase separation, which is often a problem for ternary crystals when crystal growth is performed at low temperatures. However, if InGaAs is less than 0.1, it is almost unaffected by the miscibility gap, so it is binary. As in GaAs, stable crystal growth is possible. In addition, the addition of a small amount of In to GaAs has the effect of suppressing the incorporation of dislocations. Also, the smaller the In composition of the barrier layer than the In composition of the substrate, the larger the band gap of InGaAs, so that the band offset of the conduction band increases and the effect of confining electrons in the conduction band of the quantum well increases. Similar to the first, third, and fourth embodiments, this effect suppresses carrier overflow and is effective in improving the temperature characteristics of the laser. For example, In 0.02 Ga using InGaAs with an In composition of 0.02 as a barrier layer in a quantum well on an InGaAs substrate with an In composition of 0.1, and using InGaAs with an In composition of 0.5 that realizes light emission with a wavelength of 1.3 μm in the quantum well. In a 0.98 As / In 0.5 Ga 0.5 As quantum well, the band offset of the conduction band is 333 meV. This is a large value compared to the conduction band offset of 252 meV in In 0.1 Ga 0.9 As / In 0.5 Ga 0.5 As quantum wells using a lattice-matched barrier layer. Here, an In composition of 0.02 was used. If the In composition is 0.05 or less, the band offset is sufficiently large and effective.

この実施例の構造図を図11に示す。n-In0.1Ga0.9As 基板1上に成長温度700℃、成長圧力76TorrにてSiをドープしたn-In0.1Ga0.9Asバッファー層を成長し、さらにSiを5x1017ドープしたn-In0.58Ga0.42Pクラッド層2を1.5μmの厚さに成長した。その上に活性層として、InGaAs歪補償障壁層を配した歪量子井戸構造αを成長温度550℃で成長した。厚さ10nmの量子井戸層4,6,8の両側に、In0.02Ga0.98As 歪補償障壁層3′′′,5′′′,7′′′,9′′′を配する。In0.02Ga0.98As歪補償障壁層3′′′,5′′′,7′′′,9′′′は厚さがそれぞれ15nmである。これらを3周期とした3層量子井戸活性層である。量子井戸層には1.3 μm発光が可能となる組成であるIn0.5Ga0.5Asを用いた。 A structural diagram of this embodiment is shown in FIG. An n-In 0.1 Ga 0.9 As buffer layer doped with Si is grown on the n-In 0.1 Ga 0.9 As substrate 1 at a growth temperature of 700 ° C. and a growth pressure of 76 Torr, and further, Si is doped with 5 × 10 17 n-In 0.58 Ga. A 0.42 P clad layer 2 was grown to a thickness of 1.5 μm. A strained quantum well structure α with an InGaAs strain compensation barrier layer as an active layer was grown at a growth temperature of 550 ° C. In 0.02 Ga 0.98 As strain compensation barrier layers 3 ″ ″, 5 ″ ″, 7 ″ ″, 9 ″ ″ are arranged on both sides of the 10 nm thick quantum well layers 4, 6, and 8. In 0.02 Ga 0.98 As strain compensation barrier layers 3 "", 5 "", 7 "", 9 "" are each 15 nm in thickness. It is a three-layer quantum well active layer with these three periods. In 0.5 Ga 0.5 As, which is a composition capable of emitting 1.3 μm light, was used for the quantum well layer.

歪量子井戸構造の上に40nmの厚さのノンドープのInGaAsP光閉じ込め層を成長し、回折格子を形成し、その上に亜鉛を1x1018 (cm-3)ドープしたp-InGaPを成長する。ここで、スパッタリングによりSiO2を堆積し、フォトリソグラフィ技術によりストライプ状のマスクを形成し、これをマスクとしてRIE(反応性イオンエッチング)により、幅2μmで高さ1.5μm程度のメサストライプを形成した。引き続き、メサストライプの両側の基板上に、MOVPE法により電流ブロック層として、RuドープのInGaP層を層厚3μm成長させた。Ruの原料として、ビスエチルシクロペンタディエニルルテニウムbis(ethylcyclopentadienyl) ruthenium(II) を用いた。更に、SiO2からなるマスクをHFにより除去し、層厚2μmでZnドーピング濃度が5x1017 (cm-3) であるp−In0.58Ga0.42P オーバークラッド層10を成長した。その上にp型に2x1019 (cm-3)ドープした厚さ100nmの In0.1Ga0.9Asコンタクト層11を成長した。 A 40 nm-thick non-doped InGaAsP optical confinement layer is grown on the strained quantum well structure, a diffraction grating is formed, and p-InGaP doped with 1 × 10 18 (cm −3 ) zinc is grown thereon. Here, SiO2 was deposited by sputtering, a stripe-shaped mask was formed by photolithography, and a mesa stripe having a width of 2 μm and a height of about 1.5 μm was formed by RIE (reactive ion etching) using this as a mask. Subsequently, on the substrates on both sides of the mesa stripe, a Ru-doped InGaP layer was grown to a thickness of 3 μm as a current blocking layer by the MOVPE method. Bisethylcyclopentadienyl ruthenium (II) was used as a raw material for Ru. Further, the mask made of SiO2 was removed by HF, and a p-In 0.58 Ga 0.42 P overclad layer 10 having a layer thickness of 2 μm and a Zn doping concentration of 5 × 10 17 (cm −3 ) was grown. A 100 nm thick In 0.1 Ga 0.9 As contact layer 11 doped with 2 × 10 19 (cm −3 ) p-type was grown thereon.

作製したレーザは、発振波長が1.3μmであり、閾値電流密度300A/cm2、光出力は室温で20mW、85℃で15mWを実現した。また閾値電流の温度依存性を示す特性温度は140Kと優れた温度特性を示した。 The laser produced has an oscillation wavelength of 1.3 μm, a threshold current density of 300 A / cm 2 , and an optical output of 20 mW at room temperature and 15 mW at 85 ° C. The characteristic temperature indicating the temperature dependence of the threshold current was 140K, indicating excellent temperature characteristics.

(EA変調器への適用例)
電界吸収変調器にこの歪補償構造は適用できる。電界吸収変調器に量子井戸構造を用いると量子閉じ込めシュタルク効果が利用できる。この効果は量子井戸に垂直に電界を印加することにより、電子と正孔が対になった励起子による光吸収ピークが変化し、小さい印加電圧においても大きな吸収係数変化をもたらすものである。
(Application example to EA modulator)
This distortion compensation structure can be applied to an electroabsorption modulator. If a quantum well structure is used for the electroabsorption modulator, the quantum confined Stark effect can be used. This effect is that when an electric field is applied perpendicularly to the quantum well, the light absorption peak due to excitons in which electrons and holes are paired changes, and a large change in absorption coefficient occurs even at a small applied voltage.

図12に示すように、InGaAs基板21上に電界吸収型光変調器を作製した。n-In0.1Ga0.9As 基板21上にSiをドープしたn-In0.1Ga0.9Asバッファー層を成長し、さらにSiを5x1017(cm-3)ドープしたn-In0.58Ga0.42Pクラッド層22を1.5μmの厚さに成長し、その上に光吸収層構造を成長する。活性層は、InGaAs圧縮歪量子井戸層の両側に、引張り歪となるAlAs障壁層を配した歪量子井戸構造(量子井戸層)23である。AlAs歪補償層は厚さが10nmである。これらを6周期とした6層量子井戸光吸収層である。量子井戸層23は波長1.3 μmの光の吸収係数を制御するのに最適な離調量を持った利得波長をもつ組成であるIn0.4Ga0.6Asを用いた。量子井戸の厚さは10nmとし、歪量子井戸構造の上に亜鉛を5x1017(cm-3)ドープしたp−In0.58Ga0.42P クラッド層24を1.5μmの厚さに成長し、その上にp型に2x1019(cm-3)ドープした厚さ100nmの In0.1Ga0.9Asコンタクト層25を成長する。この成長後のウェハをリッジ型へ加工することにより、波長1.3μmの光を制御する電界吸収型変調器を作製した。
なお、図12において、26はポリイミド埋め込み層、27はn電極、28はp電極である。
As shown in FIG. 12, an electroabsorption optical modulator was fabricated on the InGaAs substrate 21. An n-In 0.1 Ga 0.9 As buffer layer doped with Si is grown on the n-In 0.1 Ga 0.9 As substrate 21, and further an n-In 0.58 Ga 0.42 P cladding layer 22 doped with Si 5 × 10 17 (cm −3 ). Is grown to a thickness of 1.5 μm, and a light absorption layer structure is grown thereon. The active layer has a strained quantum well structure (quantum well layer) 23 in which an AlAs barrier layer that becomes tensile strain is disposed on both sides of the InGaAs compressive strain quantum well layer. The AlAs strain compensation layer has a thickness of 10 nm. This is a 6-layer quantum well light absorption layer with 6 periods. The quantum well layer 23 is made of In 0.4 Ga 0.6 As, which has a gain wavelength with an optimum detuning amount for controlling the absorption coefficient of light having a wavelength of 1.3 μm. The thickness of the quantum well is 10 nm, and a p-In 0.58 Ga 0.42 P cladding layer 24 doped with zinc 5 × 10 17 (cm −3 ) is grown on the strained quantum well structure to a thickness of 1.5 μm, A 100 nm thick In 0.1 Ga 0.9 As contact layer 25 doped with 2 × 10 19 (cm −3 ) in a p-type is grown. The grown wafer was processed into a ridge type to produce an electroabsorption modulator that controls light having a wavelength of 1.3 μm.
In FIG. 12, 26 is a polyimide buried layer, 27 is an n-electrode, and 28 is a p-electrode.

InGaAsPを用いた電界吸収型変調器では、伝導帯と価電子帯のバンドオフセットが4:6であるため、伝導帯のバンドオフセットが小さく、キャリアの閉じ込めを十分に確保することができず、高温の環境下において十分な消光比を得ることができず、結果として変調時の印加電圧を増大させる問題があった。この実施例の変調器では伝導帯と価電子帯のバンドオフセット比が6.5:3.5であり、またAlAsとInGaAsのバンドギャップ差が大きいという特徴があり、伝導帯のバンドオフセットは730meVと大きな値となる。これによりキャリア閉じ込めを十分に確保することが可能となり、駆動電圧の低減と、環境温度にも左右されにくい変調器を実現した。この例では波長1.3μm用の電界吸収型変調器を示したが、基板のIn組成を増やしたIn0.3Ga0.7As 基板を用いることで、波長1.55μm用の電界吸収型変調器を作製することも可能である。 In the electroabsorption modulator using InGaAsP, since the band offset between the conduction band and the valence band is 4: 6, the band offset of the conduction band is small, and sufficient carrier confinement cannot be ensured. In such an environment, a sufficient extinction ratio cannot be obtained, resulting in a problem of increasing the applied voltage during modulation. In the modulator of this embodiment, the band offset ratio between the conduction band and the valence band is 6.5: 3.5, and the band gap difference between AlAs and InGaAs is large. The band offset of the conduction band is as large as 730 meV. Become. As a result, sufficient carrier confinement can be secured, and a modulator that is less susceptible to the environmental temperature and a drive voltage reduction has been realized. In this example, an electroabsorption modulator for a wavelength of 1.3 μm was shown, but an electroabsorption modulator for a wavelength of 1.55 μm was fabricated by using an In 0.3 Ga 0.7 As substrate with an increased In composition of the substrate. Is also possible.

(EA-DFBへの適用例)
実施例6では電界吸収型光変調器についての例を述べたが、この変調器と分布帰還型半導体レーザ(DFB-LD)をモノリシック集積したEA-DFBレーザにも適用することができる。
(Example of application to EA-DFB)
In the sixth embodiment, an example of an electroabsorption optical modulator has been described. However, the present invention can also be applied to an EA-DFB laser in which this modulator and a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) are monolithically integrated.

図13は、電界吸収型(EA)光変調器20と分布帰還型半導体レーザ(DFB-LD)をモノリシック集積したEA-DFBレーザである。   FIG. 13 shows an EA-DFB laser in which an electroabsorption (EA) optical modulator 20 and a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD) are monolithically integrated.

まず分布帰還形半導体レーザ部の構成はn-In0.1Ga0.9As 基板21上にSiをドープしたn-In0.1Ga0.9Asバッファー層を成長し、さらにSiを5x1017(cm-3)ドープしたn-In0.58Ga0.42Pクラッド層32を1.5μmの厚さに成長し、その上に40nmの厚さのノンドープのInGaAsPガイド層31を導入する。その上に活性層構造を成長する。活性層は、InGaAs圧縮歪量子井戸層の両側に、引張り歪となるGaAs障壁層を配した歪量子井戸構造(量子井戸層)33である。GaAs歪補償層は厚さが15nmである。これらを3周期とした3層量子井戸活性層である。量子井戸層33は波長1.3 μmで発振させるためIn0.5Ga0.5Asを用いた。量子井戸層の厚さは10nmとした。この上に40nmの厚さのノンドープのInGaAsPガイド層39を成長し、回折格子を形成し、その上をInGaPクラッド層34で埋め込む。
なお、35はIn0.1Ga0.9Asコンタクト層、38はp電極である。
First, the configuration of the distributed feedback semiconductor laser part is that an n-In 0.1 Ga 0.9 As buffer layer doped with Si is grown on an n-In 0.1 Ga 0.9 As substrate 21 and further Si is doped 5 × 10 17 (cm −3 ). An n-In 0.58 Ga 0.42 P clad layer 32 is grown to a thickness of 1.5 μm, and a 40 nm thick non-doped InGaAsP guide layer 31 is introduced thereon. An active layer structure is grown thereon. The active layer has a strained quantum well structure (quantum well layer) 33 in which GaAs barrier layers that become tensile strain are arranged on both sides of the InGaAs compressive strain quantum well layer. The GaAs strain compensation layer has a thickness of 15 nm. It is a three-layer quantum well active layer with these three periods. The quantum well layer 33 was made of In 0.5 Ga 0.5 As for oscillation at a wavelength of 1.3 μm. The thickness of the quantum well layer was 10 nm. A 40 nm-thick non-doped InGaAsP guide layer 39 is grown thereon to form a diffraction grating, and an InGaP cladding layer 34 is buried thereon.
Incidentally, 35 is an In 0.1 Ga 0.9 As contact layer, and 38 is a p-electrode.

この半導体レーザ30の部分と、後述するEA光変調器20の部分を結合させるため、バットジョイント技術を用いる。このレーザ構造成長層の上にマスクをつけ、ドライエッチングおよびウェットエッチングにより幅15μm、長さ400μmの領域のみ量子井戸活性層を有する島形状を形成する。その状態で変調器構造を成長することにより、レーザのメサ部分の周りに変調器構造が成長され、集積化される。   A butt joint technique is used to couple the semiconductor laser 30 and a later-described EA optical modulator 20. A mask is attached on the laser structure growth layer, and an island shape having a quantum well active layer only in a region having a width of 15 μm and a length of 400 μm is formed by dry etching and wet etching. By growing the modulator structure in that state, the modulator structure is grown and integrated around the mesa portion of the laser.

電界吸収型光変調器20の部分の構成はInGaAs圧縮歪量子井戸層の両側に、引張り歪となるAl0.8Ga0.2As障壁層を配した歪量子井戸構造(量子井戸層)23である。Al0.8Ga0.2As歪補償層は厚さが10nmである。これらを6周期とした6層量子井戸光吸収層である。 The configuration of the electroabsorption optical modulator 20 is a strained quantum well structure (quantum well layer) 23 in which an Al 0.8 Ga 0.2 As barrier layer that becomes tensile strain is arranged on both sides of an InGaAs compressive strain quantum well layer. The Al 0.8 Ga 0.2 As strain compensation layer has a thickness of 10 nm. This is a 6-layer quantum well light absorption layer with 6 periods.

量子井戸層は波長1.3 μmの光の吸収係数を制御するのに最適な離調量を持った利得波長をもつ組成であるIn0.4Ga0.6Asを用い、厚さは10nmとした。バットジョイント成長の後に、マスクを除去し、亜鉛を5x1017(cm-3)ドープしたp−In0.58Ga0.42P クラッド層24を1.5μmの厚さに成長し、その上にp型に2x1019(cm-3)ドープした厚さ100nmの In0.1Ga0.9Asコンタクト層25を成長する。この上に幅2μm程度のマスクを形成し、ドライエッチングおよびウェットエッチングにより幅2μm、高さ3μm程度のメサストライプを形成する。この両脇をポリイミドで埋め込み、基板を研磨後に上下に電極27,28を形成する。また、電気的な絶縁を行うため、レーザ部と変調器部の間のInGaAsコンタクト層は除去する。 The quantum well layer was made of In 0.4 Ga 0.6 As, which has a gain wavelength with an optimum detuning amount for controlling the absorption coefficient of light having a wavelength of 1.3 μm, and its thickness was 10 nm. After the butt joint growth, the mask was removed, and a p-In 0.58 Ga 0.42 P cladding layer 24 doped with 5 × 10 17 (cm −3 ) zinc was grown to a thickness of 1.5 μm, and a p-type 2 × 10 19 was formed thereon. An In 0.1 Ga 0.9 As contact layer 25 having a thickness of 100 nm and doped with (cm −3 ) is grown. A mask having a width of about 2 μm is formed thereon, and a mesa stripe having a width of about 2 μm and a height of about 3 μm is formed by dry etching and wet etching. Both sides are filled with polyimide, and electrodes 27 and 28 are formed on the upper and lower sides after the substrate is polished. In addition, the InGaAs contact layer between the laser part and the modulator part is removed for electrical insulation.

このEA-DFBレーザは閾値電流20mA、特性温度100K、消光比は30dB以上で高温下においても、レーザの閾値電流の変動が小さく、安定した動作を実現した。   The EA-DFB laser has a threshold current of 20 mA, a characteristic temperature of 100 K, an extinction ratio of 30 dB or more, and the laser threshold current does not fluctuate even at high temperatures, realizing stable operation.

(フェースダウン実装半導体レーザ)
本実施例では半導体レーザを実装したモジュールについて説明する。本実施例では、図14に示すように、実施例1で作製した半導体レーザを成長面を下にしたジャンクションダウンでヒートシンク40上にダイボンディングした。これにより2元のGaAs基板やInP基板に比べ放熱の悪い3元基板を用いた場合において、成長面側からヒートシンク側への効率よく、放熱させることができる。このようにマウントしたジャンクションダウン型レーザでは、従来のジャンクションアップ型に比べて、最高発振温度が20℃上昇した。
(Face-down mounting semiconductor laser)
In this embodiment, a module on which a semiconductor laser is mounted will be described. In this example, as shown in FIG. 14, the semiconductor laser produced in Example 1 was die-bonded on the heat sink 40 by junction down with the growth surface down. As a result, when a ternary substrate having a lower heat dissipation than a binary GaAs substrate or InP substrate is used, heat can be efficiently radiated from the growth surface side to the heat sink side. In the junction-down type laser mounted in this way, the maximum oscillation temperature increased by 20 ° C compared to the conventional junction-up type laser.

以上全ての実施例において、以下に述べる構成を採用することもできる。   In all the embodiments described above, the following configurations can be adopted.

まず、電界吸収型光変調器およびレーザの量子井戸には上記のInGaAsの他に、GaInNAsやInGaAsP、InGaAlAsなどを用いることができる。   First, in addition to the above InGaAs, GaInNAs, InGaAsP, InGaAlAs, and the like can be used for the electroabsorption optical modulator and the laser quantum well.

また、障壁層においては、基板であるInGaAsのIn組成が0.1の時に障壁層としてGaAsを用いる場合にGaAsの引っ張り歪の歪量は0.7%程度であり、基板であるInGaAsのIn組成が0.2の時に障壁層としてGaAsを用いる場合にGaAsの引っ張り歪の歪量は1.5%程度であり、障壁層としては歪量が1.5%以下である場合が有効である。
また障壁層の材料は上記の他に、InGaAlAs,GaNAs,GaInNAs,GaAsPなどを用いることができる。
Also, in the barrier layer, when GaAs is used as the barrier layer when the In composition of the substrate InGaAs is 0.1, the strain amount of the tensile strain of GaAs is about 0.7%, and the In composition of the substrate InGaAs is 0.2. When GaAs is sometimes used as the barrier layer, the strain amount of tensile strain of GaAs is about 1.5%, and the barrier layer is effective when the strain amount is 1.5% or less.
In addition to the above, the material of the barrier layer may be InGaAlAs, GaNAs, GaInNAs, GaAsP, or the like.

クラッド層に用いる材料としては、InGaPのほかに、大きなバンドギャップを有するInAlAs、InGaAlAs、InAlP、InGaAlPなどを用いることも可能である。   In addition to InGaP, InAlAs, InGaAlAs, InAlP, InGaAlP, or the like having a large band gap can be used as a material for the cladding layer.

半導体結晶InxGa1-xAsからなる基板1の組成比xは0<x≦0.2の範囲にあればよい。 The composition ratio x of the substrate 1 made of the semiconductor crystal In x Ga 1-x As may be in the range of 0 <x ≦ 0.2.

また通常の半導体レーザ構造と同様に、クラッド層と量子井戸構造の間に光閉じ込め層として、100nm程度のAlGaInAs層やInGaAsP層を導入することで、より効率的に光増幅が行われ閾値低減が可能となる。   Similarly to a normal semiconductor laser structure, by introducing an AlGaInAs layer or InGaAsP layer of about 100 nm as an optical confinement layer between the cladding layer and the quantum well structure, the optical amplification is performed more efficiently and the threshold value is reduced. It becomes possible.

また実施例6では絶縁体のポリイミドで埋め込んだが、BCBでの埋め込みやFeやRuをドーピングしたInGaPやInAlAsなどの半絶縁の半導体で埋め込むこともできる。   In Embodiment 6, the insulating polyimide is used for embedding, but it is also possible to embed with BCB or a semi-insulating semiconductor such as InGaP or InAlAs doped with Fe or Ru.

また歪量子井戸構造の発光波長を、1.1〜1.6μmとすれば、各実施例を良好に適用することができる。   In addition, when the emission wavelength of the strained quantum well structure is 1.1 to 1.6 μm, each example can be favorably applied.

本発明にかかる実施例1の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of Example 1 concerning this invention. 図1に対応する量子井戸活性層のIn組成変化を示す図である。It is a figure which shows the In composition change of the quantum well active layer corresponding to FIG. InGaAs基板上歪量子井戸の波長と歪の関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the wavelength and strain of a strained quantum well on an InGaAs substrate. In組成0.1のInGaAs基板上のInGaAs量子井戸のフォトルミネッセンススペクトルの歪補償有無の比較図である。It is a comparison figure of the presence or absence of distortion compensation of the photoluminescence spectrum of the InGaAs quantum well on the InGaAs substrate of In composition 0.1. 実施例2のInGaAs基板上垂直共振面発光レーザを示す構造図である。4 is a structural diagram showing a vertical cavity surface emitting laser on an InGaAs substrate of Example 2. FIG. 活性層周辺の温度分布のバリア構造による違いの比較説明図である。It is comparison explanatory drawing of the difference by the barrier structure of the temperature distribution around an active layer. 本発明にかかる実施例3の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of Example 3 concerning this invention. 図7に対応する量子井戸活性層のIn組成変化を示す図である。It is a figure which shows In composition change of the quantum well active layer corresponding to FIG. 本発明にかかる実施例4の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of Example 4 concerning this invention. 図9に対応する量子井戸活性層のIn組成変化を示す図である。It is a figure which shows In composition change of the quantum well active layer corresponding to FIG. 本発明にかかる実施例5の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of Example 5 concerning this invention. 本発明の実施例6に係るEA変調器を示す構成図である。It is a block diagram which shows the EA modulator which concerns on Example 6 of this invention. 本発明の実施例7に係るEA−DFBレーザを示す構成図である。It is a block diagram which shows the EA-DFB laser which concerns on Example 7 of this invention. 本発明の実施例8に係るフェースダウン実装半導体レーザを示す構成図である。It is a block diagram which shows the face-down mounting semiconductor laser which concerns on Example 8 of this invention. InGaAs基板上歪量子井戸の波長と歪の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the wavelength of a strain quantum well on an InGaAs substrate, and distortion. InGaAs3元混晶の熱抵抗のIn組成依存性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows In composition dependence of the thermal resistance of an InGaAs ternary mixed crystal.

符号の説明Explanation of symbols

1 n-InGaAs基板
2 n-InGaPクラッド層
3,5,7,9 InGaAs/GaAs障壁層
4,6,8 InGaAs量子井戸層
10 p−InGaP クラッド層
11 コンタクト層
12 p電極
13 n電極
14 InGaAs層
15 InAlAs層
20 EA光変調器
21 InGaAs基板
22,32 n-InGaPクラッド層
23,33 InGaAs/AlAs量子井戸層
24,34 p-InGaPクラッド層
25,35 p-InGaAsコンタクト層
26 ポリイミド埋め込み層
27 n電極
28,38 p電極
30 分布帰還型半導体レーザ
31 InGaAsPガイド層
40 ヒートシンク
α 歪量子井戸構造
1 n-InGaAs substrate 2 n-InGaP cladding layer 3, 5, 7, 9 InGaAs / GaAs barrier layer 4, 6, 8 InGaAs quantum well layer
10 p-InGaP cladding layer 11 contact layer 12 p electrode 13 n electrode 14 InGaAs layer 15 InAlAs layer 20 EA optical modulator 21 InGaAs substrate 22, 32 n-InGaP cladding layer 23, 33 InGaAs / AlAs quantum well layers 24, 34 p -InGaP cladding layer 25, 35 p-InGaAs contact layer 26 polyimide buried layer 27 n electrode 28, 38 p electrode 30 distributed feedback semiconductor laser 31 InGaAsP guide layer 40 heat sink α strained quantum well structure

Claims (12)

3元混晶の半導体結晶In(x)Ga(1-x)Asからなる基板の上に、活性層として形成される歪量子井戸構造において、
前記歪量子井戸構造は、圧縮歪量子井戸層と、障壁層とからなり、
前記障壁層は、引っ張り歪障壁層であって、前記引張り歪量が0より大きく1.5%以下であることを特徴とする光半導体装置。
In a strained quantum well structure formed as an active layer on a substrate composed of a ternary mixed crystal semiconductor crystal In (x) Ga (1-x) As,
The strain quantum well structure comprises a compression strain quantum well layer and a barrier layer,
The optical semiconductor device, wherein the barrier layer is a tensile strain barrier layer, and the amount of tensile strain is greater than 0 and 1.5% or less.
3元混晶の半導体結晶In(x)Ga(1-x)Asからなる基板の上に、活性層として形成される歪量子井戸構造において、
前記歪量子井戸構造は、圧縮歪量子井戸層と、GaAs又はAlAs又はAlGaAsを含む障壁層とからなることを特徴とする光半導体装置。
In a strained quantum well structure formed as an active layer on a substrate composed of a ternary mixed crystal semiconductor crystal In (x) Ga (1-x) As,
The strained quantum well structure comprises a compressive strained quantum well layer and a barrier layer containing GaAs, AlAs, or AlGaAs.
3元混晶の半導体結晶In(x)Ga(1-x)Asからなる基板の上に、活性層として形成される歪量子井戸構造において、
前記歪量子井戸構造は、圧縮歪量子井戸層と、GaAs又はAlAsを含む障壁層とからなることを特徴とする光半導体装置。
In a strained quantum well structure formed as an active layer on a substrate composed of a ternary mixed crystal semiconductor crystal In (x) Ga (1-x) As,
The strained quantum well structure includes a compressive strained quantum well layer and a barrier layer containing GaAs or AlAs.
3元混晶の半導体結晶In(x)Ga(1-x)Asからなる基板の上に、活性層として形成される歪量子井戸構造において、
前記歪量子井戸構造は、圧縮歪量子井戸層と、In(y)Ga(1-y)Asを含む障壁層とからなることを特徴とする光半導体装置。
In a strained quantum well structure formed as an active layer on a substrate composed of a ternary mixed crystal semiconductor crystal In (x) Ga (1-x) As,
The optical semiconductor device, wherein the strain quantum well structure comprises a compressive strain quantum well layer and a barrier layer containing In (y) Ga (1-y) As.
前記障壁層に含まれるIn(y)Ga(1-y)AsのIn組成比yが0<y≦0.05の範囲にあることを特徴とする請求項4の光半導体装置。   5. The optical semiconductor device according to claim 4, wherein the In composition ratio y of In (y) Ga (1-y) As contained in the barrier layer is in the range of 0 <y ≦ 0.05. 前記障壁層が、前記圧縮歪量子井戸層との界面側にIn(z)Ga(1-z)As層を有することを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項の光半導体装置。   6. The optical semiconductor according to claim 1, wherein the barrier layer has an In (z) Ga (1-z) As layer on the interface side with the compressive strain quantum well layer. apparatus. 半導体結晶In(x)Ga(1-x)Asからなる前記基板の組成比xは、0<x≦0.2の範囲にあることを特徴とする請求項1乃至請求項6の何れか一項の光半導体装置。   7. The composition ratio x of the substrate made of semiconductor crystal In (x) Ga (1-x) As is in a range of 0 <x ≦ 0.2. Item optical semiconductor device. 前記歪量子井戸構造の発光波長が1.1〜1.6μmであることを特徴とする請求項1乃至請求項7の何れか一項の光半導体装置。   The optical semiconductor device according to claim 1, wherein an emission wavelength of the strained quantum well structure is 1.1 to 1.6 μm. 前記圧縮歪量子井戸層の材料が、InGaAs、GaInNAs、AlGaInAs、InGaAsPのいずれかであることを特徴とする請求項1乃至請求項8の何れか一項の光半導体装置。   9. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the material of the compressive strain quantum well layer is any one of InGaAs, GaInNAs, AlGaInAs, and InGaAsP. 前記歪量子井戸構造がメサストライプ状に加工されており前記歪量子井戸構造の両側を半導体結晶により埋め込まれたことを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか一項の光半導体装置。   10. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the strained quantum well structure is processed in a mesa stripe shape, and both sides of the strained quantum well structure are filled with a semiconductor crystal. 前記歪量子井戸構造の両側を埋め込む半導体結晶がRuドープ半絶縁性半導体結晶であることを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか一項の光半導体装置。   11. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor crystal filling both sides of the strain quantum well structure is a Ru-doped semi-insulating semiconductor crystal. 請求項1乃至請求項11の何れか一項の光半導体装置において、
前記基板側と反対側の前記積層構造側の面がヒートシンクに接していることを特徴とする光半導体モジュール。
The optical semiconductor device according to any one of claims 1 to 11,
An optical semiconductor module, wherein a surface of the laminated structure side opposite to the substrate side is in contact with a heat sink.
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