JP2010027936A - Optical semiconductor element and manufacturing method thereof - Google Patents

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Takeshi Kitatani
健 北谷
Tomonobu Tsuchiya
朋信 土屋
Shigeki Makino
茂樹 牧野
Toshihiko Fukamachi
俊彦 深町
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily form Ru doping semi-insulating semiconductor layer having higher insulation with high reproducibility even under a growth environment in which a large amount of hydrogen exists in order to practically use a buried type optical semiconductor element using the Ru doping semi-insulating semiconductor layer. <P>SOLUTION: During the growth of the Ru doping semi-insulating semiconductor layer, gas containing halogen atoms is added simultaneously with hydrogen independently of raw material gas of a compound semiconductor and carrier gas so as to suppress bonding between Ru and hydrogen. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、Ruをドープした半絶縁半導体層で化合物半導体層を埋め込んだ構造を備えた光半導体素子、及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to an optical semiconductor device having a structure in which a compound semiconductor layer is embedded with a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru, and a method for manufacturing the same.

近年のインターネット人口の爆発的増大により、情報伝送の急速な高速化および大容量化が求められており、今後も光通信が重要な役割を果たすと考えられている。光通信に用いられる光源には、主として半導体レーザ素子が用いられている。従って、光半導体素子は今後特に高い特性を求められる。伝送距離10km程度までの短距離用途向けの光通信用半導体レーザは、半導体レーザを直接電気信号で駆動する直接変調方式が用いられている。この直接変調方式は、単純な構成でモジュールを実現できるため消費電力が少なく、部品点数も少なくできるため低コスト化が可能である。一方、伝送距離10kmを超えるような長距離の光通信向けには、半導体レーザを直接変調することのみでは対応できないため、光変調器を集積した電界吸収(EA: Electro-absorption)型変調器集積型半導体レーザが用いられている。さらに、80kmを超える距離においては、チャーピングの小さいマッハツェンダー(MZ: Mach Zehnder)型変調器が用いられている。   With the explosive growth of the Internet population in recent years, there has been a demand for rapid increase in information transmission and capacity, and optical communication will continue to play an important role in the future. A semiconductor laser element is mainly used as a light source used for optical communication. Therefore, the optical semiconductor element will be required to have particularly high characteristics in the future. As a semiconductor laser for optical communication for short-distance applications up to a transmission distance of about 10 km, a direct modulation method is used in which the semiconductor laser is directly driven by an electric signal. Since this direct modulation method can realize a module with a simple configuration, the power consumption is low and the number of components can be reduced, so that the cost can be reduced. On the other hand, for optical communication over long distances exceeding 10 km, it is not possible to deal with by directly modulating a semiconductor laser, so an electro-absorption (EA) modulator integrated with an optical modulator is integrated. Type semiconductor lasers are used. Further, a Mach Zehnder (MZ) modulator with small chirping is used at a distance exceeding 80 km.

このような半導体レーザの基本構造には、大きく分けてリッジ導波路(RWG:Ridge wave-guide)構造と埋め込みヘテロ(BH:Buried-hetero)構造の2種類がある。   The basic structure of such a semiconductor laser is broadly divided into two types: a ridge waveguide (RWG) structure and a buried hetero (BH) structure.

図1に、端面発光型半導体レーザの断面図を示す。図1(a)に示すRWG型は、n-InP基板101上に、活性層102、上部クラッド層103、p+-InGaAsコンタクト層104が積層された構造をしており、上部クラッド層103は幅数μmのメサストライプが構成されるようにエッチングでメサストライプの隣接領域が掘り込まれている。ただ、この掘り込みは、活性層102に近い領域まで上部クラッド層がエッチングされるが、活性層102が露出しない深さでエッチングが停止される。   FIG. 1 is a sectional view of an edge emitting semiconductor laser. The RWG type shown in FIG. 1A has a structure in which an active layer 102, an upper cladding layer 103, and a p + -InGaAs contact layer 104 are stacked on an n-InP substrate 101, and the upper cladding layer 103 has a width. The adjacent region of the mesa stripe is dug by etching so that a mesa stripe of several μm is formed. However, in this digging, the upper cladding layer is etched to a region close to the active layer 102, but the etching is stopped at a depth at which the active layer 102 is not exposed.

一方、図1(b)に示すBH型は、下部クラッド層と基板105の上に、活性層107及び半絶縁性半導体層106、p+-InGaAsコンタクト層108、上部クラッド層109が積層された構造をしており、上部クラッド層109のみならず、活性層107、下部クラッド層と基板105までエッチングにより除去してメサストライプを構成し、このメサストライプの両脇の溝を、半絶縁性半導体層106で埋め込む。このBH構造は、絶縁性の高い半導体層により、電流を効率良く活性層のみに注入することができるため、原理的にはRWG型よりも低いしきい値電流でレーザ動作させることができる。   On the other hand, the BH type shown in FIG. 1B has a structure in which an active layer 107, a semi-insulating semiconductor layer 106, a p + -InGaAs contact layer 108, and an upper cladding layer 109 are stacked on a lower cladding layer and a substrate 105. The mesa stripe is formed by etching not only the upper clad layer 109 but also the active layer 107, the lower clad layer, and the substrate 105, and the grooves on both sides of the mesa stripe are formed as semi-insulating semiconductor layers. Embed with 106. In this BH structure, a semiconductor layer having high insulation can efficiently inject current only into the active layer, so that in principle, laser operation can be performed with a threshold current lower than that of the RWG type.

従来のBH型半導体レーザの半絶縁半導体層106は、Feが半絶縁性ドーパントとしてドープされたInPで構成され、この半絶縁半導体層106は、品質の良い埋め込み再成長が可能な有機金属気相成長(MOVPE: Metal-orgnic vapor phase epitaxy)法が主に成長方法として用いられてきた。   The semi-insulating semiconductor layer 106 of a conventional BH type semiconductor laser is composed of InP doped with Fe as a semi-insulating dopant, and this semi-insulating semiconductor layer 106 is a metal organic vapor phase capable of high quality buried regrowth. The growth method (MOVPE: Metal-orgnic vapor phase epitaxy) has been mainly used as a growth method.

しかし、半絶縁半導体層106にドープするFeは,通常p型のドーパントとして用いられるZnと相互拡散する性質を有するため、n型基板を用いた場合、p型の上部クラッド層109から半絶縁半導体層106へZnが拡散して絶縁性が損なわれたり、逆に埋め込み層からp型クラッド層へFeが拡散して、導電性が低下する問題があった。   However, Fe doped in the semi-insulating semiconductor layer 106 has a property of interdiffusion with Zn, which is usually used as a p-type dopant, so that when an n-type substrate is used, the semi-insulating semiconductor from the p-type upper cladding layer 109 is used. There is a problem that Zn is diffused into the layer 106 and the insulation is impaired, or conversely, Fe is diffused from the buried layer to the p-type cladding layer, resulting in a decrease in conductivity.

従来は、Fe-Znの相互拡散を抑制するため、Feのドーピング濃度を極力低下させて対処していたが、電流のブロック効果が不十分であった。そのため、活性層107に注入されないリーク電流成分の発生により、これまでBH型半導体レーザでは期待する効果が十分に得られていなかった。   Conventionally, in order to suppress interdiffusion of Fe—Zn, the doping concentration of Fe was reduced as much as possible, but the current blocking effect was insufficient. Therefore, due to the generation of a leakage current component that is not injected into the active layer 107, the expected effect of the BH type semiconductor laser has not been sufficiently obtained so far.

そこで、本発明者らは、Feに代わる代替ドーパントとしてRuを導入することを検討した。   Therefore, the present inventors examined the introduction of Ru as an alternative dopant in place of Fe.

Ruをドーパントとして用いた半絶縁半導体層に関しては、非特許文献1乃至3及び特許文献1に開示がある。   Non-Patent Documents 1 to 3 and Patent Document 1 disclose the semi-insulating semiconductor layer using Ru as a dopant.

まず、Dadgar等は、第8回MOVPE国際会議にて、Feに替わる半絶縁性ドーパントとして新たにRuを提案するものであった(非特許文献1)。   First, Dadgar et al. Proposed Ru as a semi-insulating dopant to replace Fe at the 8th MOVPE International Conference (Non-patent Document 1).

また、Kondo等は、Ru埋め込み構造の光変調器を報告している(非特許文献2)。   Kondo et al. Reported an optical modulator having a Ru embedded structure (Non-patent Document 2).

また、Iga等は、p-InP基板上のInGaAsPレーザにおいて、Ruをドーピングした半絶縁半導体層の埋め込み半導体レーザを提案している(非特許文献3)。   Iga et al. Have proposed a buried semiconductor laser having a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru in an InGaAsP laser on a p-InP substrate (Non-patent Document 3).

また、A. Dadgar等は、Ruをドーピングした半絶縁半導体層の形成において水素原子の存在が少ない成膜方法を用いることを示している(特許文献1)。彼らは、高抵抗なRuドーピング半導体層の製造方法として、V族元素に直接結合した3未満の水素原子を有するV族原料ガス(ターシャリーブチルフォスフィン、ジターシャリーブチルフォスフィン等)を使用することや、キャリアガスとして水素以外の不活性ガスを使用することを開示している。このような水素原子が少ない環境下で作製したRuドーピング半絶縁半導体層は、Ruに誘導される深い準位の不純物濃度を高めることができ、その絶縁特性を改善できるとしている。   In addition, A. Dadgar et al. Show that a film formation method with little presence of hydrogen atoms is used in forming a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru (Patent Document 1). They use Group V source gases (tertiary butylphosphine, ditertiary butylphosphine, etc.) with less than 3 hydrogen atoms directly bonded to group V elements as a method of manufacturing a high resistance Ru-doped semiconductor layer. And the use of an inert gas other than hydrogen as the carrier gas. It is said that a Ru-doped semi-insulating semiconductor layer manufactured under such an environment with few hydrogen atoms can increase the impurity concentration of deep levels induced by Ru and improve its insulating characteristics.

また、非特許文献4に、HVPE(Hydride vapor-phase epitaxy)法によるRuをドーピングした半絶縁半導体層の作製が記載されている。HVPE法であるので、ハロゲンガスの一種であるHClが炉内に添加されている。このHClガスはIII族塩化物であるInClを発生させるために用いられるもので、HVPE法では必須のガスであり、本願の中では、本発明と区別する意味で、HPVE法におけるハロゲン含有ガスは原料ガスとして扱う。なお、HVPE法では反応炉全体が加熱されており、MOVPE法のような基板上での加熱のみで成長が律速されない方法である。従って、形状再現性の高い半導体層が実現できなかった。   Non-Patent Document 4 describes the production of a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru by the HVPE (Hydride vapor-phase epitaxy) method. Since the HVPE method is used, HCl, which is a kind of halogen gas, is added to the furnace. This HCl gas is used to generate InCl, which is a group III chloride, and is an essential gas in the HVPE method. In the present application, the halogen-containing gas in the HPVE method is distinguished from the present invention. Treat as source gas. In the HVPE method, the entire reaction furnace is heated, and the growth is not rate-limited only by heating on the substrate as in the MOVPE method. Therefore, a semiconductor layer with high shape reproducibility cannot be realized.

Dadgar等、第8回MOVPE国際会議、アブストラクト PDSP.7、1996年Dadgar et al., 8th MOVPE International Conference, Abstract PDSP.7, 1996 Kondo等、ジャーナルオブアプライドフィジックス41巻1171頁2002年Kondo et al., Journal of Applied Physics, Vol. 41, p. 1171, 2002 Iga等、第52回応用物理学関係連合講演会 講演予稿集 1307頁 31p-ZH-10 2004年Iga et al., 52nd Joint Conference on Applied Physics Lecture Proceedings 1307 p. 31p-ZH-10 2004 ジャーナルオブエレクトロケミカルソサイエティ 148巻G375頁2001年Journal of Electrochemical Society 148 G375 2001 WO 99/21216WO 99/21216

本発明者らは、上記文献1乃至3の記載のように、Ruをドープした半絶縁半導体層を用いた光半導体素子を検討することにした。   The inventors decided to study an optical semiconductor element using a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru as described in the above-mentioned documents 1 to 3.

まず、RuをドーピングしたInP埋め込み層を、従来の半導体レーザのFeをドーピングしたInP埋め込み層と同様の条件で試作してみた。キャリアガスには水素、V族原料ガスには、V族元素に直接結合した水素との結合数が3のフォスフィン(PH3)を用いた非常に大量の水素が存在する環境下での試作である。その試作結果は、不十分な絶縁特性しか得ることができなかった。特許文献1に記載されているように、Ruをドーピングした半絶縁半導体層の絶縁特性が、水素原子によって劣化したものと思われる。   First, an InP buried layer doped with Ru was prototyped under the same conditions as the InP buried layer doped with Fe of a conventional semiconductor laser. This is a prototype in an environment where there is a very large amount of hydrogen using phosphine (PH3) with 3 hydrogen atoms as the carrier gas, and V group source gas as the number of bonds directly bonded to group V elements. . As a result of the trial production, only insufficient insulation characteristics could be obtained. As described in Patent Document 1, it is considered that the insulating characteristics of the semi-insulating semiconductor layer doped with Ru are deteriorated by hydrogen atoms.

そこで、特許文献1のプロセスを検討した。しかし、特許文献1の手法は、素子特性の大きな改善は望めず、また、ターシャリーブチルフォスフィン、ジターシャリーブチルフォスフィンの使用は装置の安全運用の点で課題があり、H2ガス以外のキャリアガスの使用は、その純度や成長中のガス流制御等の点で課題があることがわかった。   Then, the process of patent document 1 was examined. However, the method of Patent Document 1 cannot be expected to greatly improve the device characteristics, and the use of tertiary butyl phosphine and ditertiary butyl phosphine is problematic in terms of the safe operation of the apparatus, and carriers other than H2 gas. It has been found that the use of gas has problems in terms of its purity and gas flow control during growth.

また、特許文献4の方法も検討したが、は、上述の理由で、形状再現性の高い半絶縁半導体層が実現できなかった。また、高い量産性及び十分な絶縁特性を確保できなかった。   Further, although the method of Patent Document 4 was also examined, a semi-insulating semiconductor layer having high shape reproducibility could not be realized for the above-described reason. Moreover, high mass productivity and sufficient insulation characteristics could not be secured.

本発明の目的は、安全かつ、容易にRuをドーピングした半絶縁半導体層を埋め込んだ光半導体素子の絶縁特性を改善することにある。   An object of the present invention is to improve the insulating characteristics of an optical semiconductor device in which a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru is safely and easily embedded.

上記課題を解決する為に、我々は、III-V族化合物半導体層を、Ruをドーピングした半絶縁半導体層で埋め込む際に、特許文献4のHVPE法でなすか、他の成長法でなすか検討した。半絶縁半導体層の形状制御が容易な、有機金属気相成長(MOVPE)法に代表される、基板表面の熱分解により反応が律速される成長法(有機金属気相成長(MOVPE)法、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、化学ビーム成長(CBE: Chemical Beam Epitaxy)法、有機金属分子線エピタキシー(MOMBE: Metal-organic Molecular Beam Epitaxy)等)を採用することにした。その際、該成長法には、III族原料ガス、V族原料ガス、及びRuドーピング原料ガスの供給とは別に、ヨウ素以下の原子量のハロゲン原子を含有するガスを添加することにした。   In order to solve the above-mentioned problems, when embedding a III-V compound semiconductor layer with a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru, we can either use the HVPE method of Patent Document 4 or another growth method. investigated. A growth method (metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, molecule, in which the reaction is rate-determined by thermal decomposition of the substrate surface, represented by the metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method, which makes it easy to control the shape of the semi-insulating semiconductor layer. It was decided to employ a molecular beam epitaxy (MBE) method, a chemical beam epitaxy (CBE) method, a metal-organic molecular beam epitaxy (MOMBE), and the like. At that time, in addition to the supply of the group III source gas, the group V source gas, and the Ru doping source gas, a gas containing a halogen atom having an atomic weight of iodine or less was added to the growth method.

以下、上記成長法を用いた場合に、好ましい製造条件や構造を記載する。
(1)有機金属気相成長(MOVPE)法に用いるキャリアガスに水素を含ませる。
(2)半絶縁半導体層は、(AlxGa1-x)yIn1-yAszP1-z(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦z≦1)に対して、Ruがドーピングされた層とする。
(3)(2)の場合、前記V族原料ガスとして、フォスフィン(PH3)、或いは、アルシン(AsH3)、或いは、その両方を用いる。
(4)ハロゲン原子を含有するガスとして、塩化水素、塩化メチル、四塩化炭素、臭化水素、臭化メチル、四臭化炭素、三塩化臭化炭素又はターシャルブチルクロライドを用いる。
(5)半絶縁半導体層を成長する際の基板温度を540℃以上580℃以下とする。
(6) 半絶縁半導体層を成長する際のV族原料ガスとIII族原料ガスの供給量比を1:1以上100:1以下とする。
(7)Ru原料ガスとして、化学式1の有機金属原料の少なくとも1種類を用いる。
Hereinafter, preferable manufacturing conditions and structures are described when the above growth method is used.
(1) Hydrogen is included in the carrier gas used in the metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method.
(2) The semi-insulating semiconductor layer is a layer doped with Ru with respect to (AlxGa1-x) yIn1-yAszP1-z (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1). .
(3) In the case of (2), phosphine (PH3), arsine (AsH3), or both are used as the group V source gas.
(4) As a gas containing a halogen atom, hydrogen chloride, methyl chloride, carbon tetrachloride, hydrogen bromide, methyl bromide, carbon tetrabromide, carbon trichlorobromide or tertiary butyl chloride is used.
(5) The substrate temperature for growing the semi-insulating semiconductor layer is set to 540 ° C. or higher and 580 ° C. or lower.
(6) The supply ratio of the Group V source gas and the Group III source gas when growing the semi-insulating semiconductor layer is 1: 1 or more and 100: 1 or less.
(7) As the Ru source gas, at least one kind of organometallic source material of Chemical Formula 1 is used.

Figure 2010027936
Figure 2010027936

(ここでA、及びBは、シクロへプタン、シクロへプテン、シクロヘプタジエン、へプタン、へプテン、ヘプタジエン、ヘプタジイン、シクロヘキサン、シクロへキセン、シクロヘキサジエン、ヘキサン、ヘキセン、ヘキサジエン、ヘキサジイン、フェニル、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロペンタジエン、ペンタン、ペンテン、ペンタジエン、ペンタジイン、ブタン、ブテン、ブタジエン、ブチン、プロパン、プロペン、プロピン、エタン、エテンの各残基、又はメタン残基の中から選ばれ、C1、C2、D1、D2がH、CO-RX、CN-RX、N=RX、CnH2n+1、又はCnH2n-1(n=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)の中から選ばれる)
(8)半絶縁半導体層を形成する前、後、又は前後に、前述の半絶縁半導体層とは異なる材料組成の層を成長させることで、漏れ電流の抑制や格子整合を図ることができる。
(Where A and B are cycloheptane, cycloheptene, cycloheptadiene, heptane, heptene, heptadiene, heptadiyne, cyclohexane, cyclohexene, cyclohexadiene, hexane, hexene, hexadiene, hexadiyne, phenyl, Selected from cyclopentane, cyclopentene, cyclopentadiene, pentane, pentene, pentadiene, pentadiyne, butane, butene, butadiene, butyne, propane, propene, propyne, ethane, ethene residues, or methane residues, C1, C2, D1, D2 is H, CO-RX, CN-RX, N = RX, CnH2n + 1, or CnH2n-1 (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) (Chosen from the inside)
(8) The leakage current can be suppressed and lattice matching can be achieved by growing a layer having a material composition different from that of the aforementioned semi-insulating semiconductor layer before, after, or before and after forming the semi-insulating semiconductor layer.

本発明によれば、安全かつ、容易に、Ruドープ半絶縁半導体層を埋め込んだ光半導体素子の絶縁特性を改善することができる。   According to the present invention, it is possible to improve the insulating characteristics of an optical semiconductor element in which a Ru-doped semi-insulating semiconductor layer is embedded safely and easily.

まず、本発明の概要及びその原理について説明する。   First, the outline and principle of the present invention will be described.

課題を解決するための手段の欄でも説明したように、我々は、III-V族化合物半導体層を、Ruをドーピングした半絶縁半導体層で埋め込む際に、HVPE法でなすか、他の気相成長法でなすか検討した。半絶縁半導体層の形状制御が容易な、有機金属気相成長(MOVPE)法に代表される、基板表面の熱分解により反応が律速される気相成長法を採用することにした。その際、III族原料ガス、V族原料ガス、及びRuドーピング原料ガスの供給とは別に、ヨウ素以下の原子量のハロゲン原子を含有するガスを添加することにより、ハロゲンがHVPE法のような原料ガスとして機能するのではなく、脱水素化剤や水素結合防止膜として機能することにより、絶縁特性が向上した。   As described in the section on the means for solving the problems, when embedding a III-V compound semiconductor layer with a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru, we can either use an HVPE method or other gas phase. We examined whether to use the growth method. We decided to adopt a vapor phase growth method, which is easy to control the shape of the semi-insulating semiconductor layer, which is controlled by thermal decomposition of the substrate surface, represented by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). At that time, separately from the supply of the group III source gas, the group V source gas, and the Ru doping source gas, by adding a gas containing a halogen atom having an atomic weight equal to or less than iodine, the halogen is a source gas as in the HVPE method. Insulation characteristics are improved by functioning as a dehydrogenating agent or a hydrogen bond preventing film.

この原理を、ヨウ素以下の原子量のハロゲン原子を含有するガスとして、塩化メチル(CH3Cl)を用いて、RuをドープしたInP半絶縁半導体層を形成する場合を例にして、以下、具体的に説明する。   This principle will be described in detail below using an example of forming a Ru-doped InP semi-insulating semiconductor layer using methyl chloride (CH3Cl) as a gas containing a halogen atom having an atomic weight of iodine or less. To do.

図3に、本発明の原理説明図を示す。SUBは基板、五角形は化合物、円は原子を示している。図3(a)に示すように、成長炉内に供給されたRuを含む有機金属原料と塩化メチルとが基板上に到達すると、熱分解により、Ru原子、Cl原子、とその他水素や炭化水素基に分解する。成長雰囲気中にハロゲン原子が存在しない従来の手法では、分解したRu原子の無結合手は雰囲気中にキャリアガスとして大量に存在する水素原子と容易に結合して膜中に取り込まれるため、Ru原子が水素と結合し、その影響を受けやすくなる。 一方、本発明の手法では、成長雰囲気中にハロゲン原子(Cl原子)が存在するようにしている。Cl原子は、図3(b)のようにRu原子と一時的な結合を形成する。その後、Cl原子自体は水素原子と結合してHClとして離脱する一方で、結合の切れたRu原子はIII族原子、或いはV族原子と結合して膜中に取り込まれていく。このようにして、水素との結合を抑制し、その影響を受けないRu原子の割合を高めることができる。さらに、Ru原子と水素原子とが結合を形成してしまった場合においても、Cl原子はHClとなって脱離することで、Ru原子から水素原子を除去する効果がある。その結果、図3(c)のように、水素と結合せず、その影響を受けないRu原子の割合を増大させることができ、その結果、Ruがドーピングされた半導体層の絶縁特性を高めることができる。このように作用するガスは、塩化メチル以外のClを含むガスや、Cl以外のハロゲン原子(フッ素、臭素、ヨウ素)を含むガスを供給することによっても同様に得られる。   FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of the present invention. SUB indicates a substrate, pentagon indicates a compound, and circle indicates an atom. As shown in FIG. 3 (a), when the organometallic raw material containing Ru and methyl chloride supplied into the growth furnace reach the substrate, Ru and Cl atoms and other hydrogen and hydrocarbons are decomposed by thermal decomposition. Breaks down into groups. In the conventional method where halogen atoms do not exist in the growth atmosphere, the ruthenium-free bonds of the decomposed Ru atoms are easily combined with a large amount of hydrogen atoms present as a carrier gas in the atmosphere and incorporated into the film. Binds to hydrogen and is susceptible to this. On the other hand, in the method of the present invention, halogen atoms (Cl atoms) are present in the growth atmosphere. Cl atoms form temporary bonds with Ru atoms as shown in FIG. Thereafter, Cl atoms themselves bind to hydrogen atoms and leave as HCl, while broken Ru atoms bind to Group III atoms or Group V atoms and are taken into the film. In this way, it is possible to suppress the bond with hydrogen and increase the proportion of Ru atoms that are not affected by the bond. Furthermore, even when a Ru atom and a hydrogen atom form a bond, the Cl atom becomes HCl and desorbs, so that there is an effect of removing the hydrogen atom from the Ru atom. As a result, as shown in FIG. 3 (c), it is possible to increase the proportion of Ru atoms that do not bond with hydrogen and are not affected by this, and as a result, increase the insulating properties of the semiconductor layer doped with Ru. Can do. The gas acting in this way can be obtained similarly by supplying a gas containing Cl other than methyl chloride or a gas containing a halogen atom (fluorine, bromine, iodine) other than Cl.

また、上記原理確認の試作結果から、上記反応は、Ru-P結合の過剰な発生を抑制できる下記の成長条件下で最も効果が得られることが判った。   In addition, from the prototype results of the above principle confirmation, it was found that the above reaction is most effective under the following growth conditions that can suppress excessive generation of Ru—P bonds.

通常のMOVPE 成長におけるV族原料ガスとIII族原料ガスとの供給量比は、数百であるが、そのような供給量比では、Pリッチな環境となるので、Ru-P結合が過剰に発生してしまう。従って、V族原料ガスとIII族原料ガスとの供給量比(V族原料ガス/III族原料ガス)は1〜100の範囲内とすることが最も好ましい。   The supply ratio of the Group V source gas and the Group III source gas in normal MOVPE growth is several hundreds. However, since such a supply ratio makes a P-rich environment, there are excessive Ru-P bonds. Will occur. Therefore, it is most preferable that the supply amount ratio of the group V source gas and the group III source gas (group V source gas / group III source gas) be in the range of 1 to 100.

また、III-V族化合物半導体層へのRuの拡散による抵抗値の上昇を抑えることや、Ruに誘導される深い準位の不純物濃度を高めるためには、基板温度580℃以下でのRuドープInP層形成が重要である。   In order to suppress the increase in resistance due to the diffusion of Ru into the III-V compound semiconductor layer and to increase the impurity concentration of deep levels induced by Ru, Ru doping at a substrate temperature of 580 ° C. or lower InP layer formation is important.

また、本発明手法を用いてメサストライプを埋め込む際に、(111)系の面が良好に形成されるようにすると再現性の高い安定特性の光半導体素子が実現できる。基板温度540℃以上にすると(111)系の面が制御性良く形成できるので、この温度条件も重要である。   In addition, when the mesa stripe is embedded using the method of the present invention, an optical semiconductor element with high reproducibility and stable characteristics can be realized if the (111) surface is formed favorably. This temperature condition is also important because the (111) surface can be formed with good controllability when the substrate temperature is 540 ° C. or higher.

また、本発明を適用した際のRuドーピングp-InP膜中の水素濃度は、1x1018cm-3以下としている。 The hydrogen concentration in the Ru-doped p-InP film when the present invention is applied is 1 × 10 18 cm −3 or less.

また、ハロゲン原子による水素除去の効果を高めるためには、図3で説明したように、ハロゲン原料とRu原料が基板上でのみ熱分解する効率を高めることが重要である。そのため、Ru原料としては、安定性が高く、ガス中で分解しにくい原料を用いることが有効である。我々が鋭意検討した結果、Ru原料ガスとして、少なくとも1種類の下記の形態の有機金属原料が適していることを見出した。そのようなRu原料ガスの形態は、化学式1で表される。   In order to enhance the effect of removing hydrogen by halogen atoms, it is important to increase the efficiency of the thermal decomposition of the halogen material and the Ru material only on the substrate, as described with reference to FIG. Therefore, it is effective to use a raw material that has high stability and is difficult to decompose in a gas as the Ru raw material. As a result of intensive studies, we have found that at least one organometallic raw material of the following form is suitable as the Ru raw material gas. The form of such Ru source gas is represented by Chemical Formula 1.

Figure 2010027936
Figure 2010027936

(ここでA、及びBは、シクロへプタン、シクロへプテン、シクロヘプタジエン、へプタン、へプテン、ヘプタジエン、ヘプタジイン、シクロヘキサン、シクロへキセン、シクロヘキサジエン、ヘキサン、ヘキセン、ヘキサジエン、ヘキサジイン、フェニル、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロペンタジエン、ペンタン、ペンテン、ペンタジエン、ペンタジイン、ブタン、ブテン、ブタジエン、ブチン、プロパン、プロペン、プロピン、エタン、エテンの各残基、又はメタン残基の中から選ばれ、C1、C2、D1、D2がH、CO-RX、CN-RX、N=RX、CnH2n+1、又はCnH2n-1(n=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)の中から選ばれる。)
このような形態の原料で、特に、ビスエチルシクロペンタジエニルルテニウムは液体で扱えるので好ましい原料である。例えば本原料はRu原子が2本の結合手を持ち、シクロペンタン基と結合している。Ru原子の結合主は2本であるが、それぞれがシクロペンタン基に属するC原子全てと等価に結合しているため、その結合力は高い。そのため原料の安定性が高く、ガス中では分解しにくいため、基板上の熱でのみ分解する効率を高めることができる。
(Where A and B are cycloheptane, cycloheptene, cycloheptadiene, heptane, heptene, heptadiene, heptadiyne, cyclohexane, cyclohexene, cyclohexadiene, hexane, hexene, hexadiene, hexadiyne, phenyl, Selected from cyclopentane, cyclopentene, cyclopentadiene, pentane, pentene, pentadiene, pentadiyne, butane, butene, butadiene, butyne, propane, propene, propyne, ethane, ethene residues, or methane residues, C1, C2, D1, D2 is H, CO-RX, CN-RX, N = RX, CnH2n + 1, or CnH2n-1 (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) (Chosen from the inside)
Of these types of raw materials, bisethylcyclopentadienyl ruthenium is a preferable raw material because it can be handled in a liquid state. For example, in this raw material, the Ru atom has two bonds and is bonded to the cyclopentane group. Although there are two main bonds of Ru atoms, since each bond is equivalent to all C atoms belonging to the cyclopentane group, the bond strength is high. Therefore, since the stability of the raw material is high and it is difficult to decompose in gas, the efficiency of decomposition only by heat on the substrate can be increased.

図4に、ハロゲンガスの添加の有無で比較したRuをドーピングした半絶縁半導体層のI-V特性比較図を示す。Ru layer_Aは成長中にClガスを添加したRuドーピングInP単層膜の電圧(V)−電流特性(I)の測定結果を示し、Ru layer_Bは成長中にClガスを添加しないRuドーピングInP単層膜の電圧(V)−電流特性(I)の測定結果を示している。Ru有機金属原料としては、既に記載した形態の原料の一種であるビスエチルシクロペンタジエニルルテニウムを用いた。RuドーピングInP単層膜の膜厚は1μmである。低電圧領域では、両膜共に電流値は10-11〜10-10(A)台と低く、高い抵抗率を示している。一方、引加する電圧を増大していくと、Cl無しの膜では、膜の絶縁特性が不十分なために電流値が急激に増大していく。一方、Cl有りの膜では高い電圧まで、電流値の急激な増大は見られず、良好な絶縁特性を示す。この結果は、Clを添加する本製造方法により、Ruをドーピングした半絶縁半導体層の絶縁特性が改善されることを明瞭に示している。 FIG. 4 shows a comparison of IV characteristics of a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru compared with and without addition of a halogen gas. Ru layer_A shows the measurement result of voltage (V) -current characteristics (I) of Ru-doped InP single layer film with Cl gas added during growth, Ru layer_B shows Ru-doped InP single layer with no Cl gas added during growth The measurement result of the voltage (V) -current characteristic (I) of the film is shown. As the Ru organometallic raw material, bisethylcyclopentadienyl ruthenium, which is a kind of raw material in the form already described, was used. The film thickness of the Ru-doped InP single layer film is 1 μm. In the low voltage region, the current values of both films are as low as 10 −11 to 10 −10 (A), indicating high resistivity. On the other hand, when the applied voltage is increased, the current value increases rapidly in the film without Cl because the insulating properties of the film are insufficient. On the other hand, the film with Cl does not show a sudden increase in current value up to a high voltage, and exhibits good insulation characteristics. This result clearly shows that the manufacturing method of adding Cl improves the insulating properties of the semi-insulating semiconductor layer doped with Ru.

図2に、一部を切り取り、断面を露出させた端面発光レーザの鳥瞰図を示す。n-InP基板202上に形成されたn-InPバッファー層203、レーザ部多重量子井戸(MQW: Multiple-quantum-well)206、上部p-InPクラッド層207、p+-InGaAsコンタクト層208からなるメサ構造を、本発明の手法によるRuがドーピングされた半絶縁半導体層であるRuドーピングInP層204にて埋め込む。本発明では、[011]方向にメサストライプを形成した場合には、マスク脇に(111)系の面が現れた後に、(100)系の面からなるテラスが数μmにわたって形成される図のような特徴的な形状となる。   FIG. 2 shows a bird's-eye view of an edge-emitting laser with a part cut away and a cross section exposed. A mesa comprising an n-InP buffer layer 203 formed on an n-InP substrate 202, a multiple quantum well (MQW) 206, an upper p-InP cladding layer 207, and a p + -InGaAs contact layer 208. The structure is embedded with a Ru-doped InP layer 204, which is a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru according to the technique of the present invention. In the present invention, when a mesa stripe is formed in the [011] direction, a terrace composed of a (100) system surface is formed over several μm after a (111) system surface appears on the side of the mask. It becomes such a characteristic shape.

図5に、本発明を適用した場合と適用しなかった場合の半導体レーザ素子のI-L特性比較図を示す。Clガス有り無しの成長条件でRuがドーピングされたInPで埋め込みを行った半導体レーザと、FeがドーピングされたInPで埋め込みを行った半導体レーザとを、85℃で連続駆動させた場合の比較した図を示す。図中、RuBH_AはClガス添加有りのRuがドーピングされたInPで埋め込みを行った半導体レーザの特性、RuBH_BはCl添加の無いRuがドーピングされたInPで埋め込みを行った半導体レーザの特性、FeBHはFeがドーピングされたInPで埋め込みを行った半導体レーザの特性を示している。Cl添加の無いRuがドーピングされたInPで埋め込みを行ったレーザの場合、180mA付近で光出力が飽和した。これは、FeがドーピングされたInPで埋め込まれた半導体レーザと同程度の特性であった。一方、Clガスを添加して成長したRuがドーピングされたInPで埋め込まれた半導体レーザの場合、250mAまで光出力は飽和せず、他に比べて良好な特性を示した。この結果は、Clを添加してRuがドーピングされたInPが埋め込まれた半絶縁半導体層を形成することによって絶縁特性が改善し、駆動時に高電圧領域におけるリーク電流成分の増大を抑制できたことによるものである。このように、n-InP基板上レーザにおいて、FeがドーピングされたInPで埋め込まれた半導体レーザに対してRuがドーピングされたInPで埋め込まれた半導体レーザは顕著な絶縁特性の向上が実現できる。   FIG. 5 shows a comparison diagram of IL characteristics of the semiconductor laser element when the present invention is applied and when it is not applied. Comparison was made between a semiconductor laser embedded with InP doped with Ru under growth conditions with and without Cl gas, and a semiconductor laser embedded with InP doped with Fe when driven continuously at 85 ° C. The figure is shown. In the figure, RuBH_A is the characteristic of the semiconductor laser embedded with Ru doped with Cl gas addition, RuBH_B is the characteristic of the semiconductor laser embedded with InP doped with Ru without Cl addition, FeBH is The characteristics of a semiconductor laser buried with InP doped with Fe are shown. In the case of laser embedded with InP doped with Ru without Cl addition, the light output was saturated at around 180 mA. This characteristic was comparable to that of a semiconductor laser embedded with InP doped with Fe. On the other hand, in the case of a semiconductor laser embedded with InP doped with Ru grown by adding Cl gas, the optical output did not saturate up to 250 mA and showed better characteristics than others. As a result, the insulation characteristics were improved by forming a semi-insulating semiconductor layer embedded with InP doped with Ru by adding Cl, and it was possible to suppress an increase in leakage current components in the high voltage region during driving. Is due to. As described above, in a laser on an n-InP substrate, a semiconductor laser embedded with InP doped with Ru can realize a remarkable improvement in insulation characteristics as compared with a semiconductor laser embedded with InP doped with Fe.

なお、FeがドーピングされたInPで埋め込まれた半導体レーザにおいて、FeがドーピングされたInPを、ハロゲンガスを用いてMOVPE法で気相成長させるプロセスも知られているが、このハロゲンガスは埋め込み形状の改善の目的で用いられているものであり、このハロゲンガスが絶縁特性向上に寄与している報告もない。従って、本発明のように、Ruがドーピングされた半絶縁半導体層において、水素原子の影響を抑制し、絶縁特性を改善するための製造方法として用いることは、従来知られておらず、本発明はFeがドーピングされたp-InP埋め込みレーザと比べて、異質で顕著な効果を奏するものであるといえる。   In addition, in semiconductor lasers embedded with Fe-doped InP, there is also known a process in which Fe-doped InP is vapor-phase grown by a MOVPE method using a halogen gas. There is no report that this halogen gas contributes to the improvement of the insulation characteristics. Therefore, as in the present invention, in a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru, it has not been conventionally known to be used as a manufacturing method for suppressing the influence of hydrogen atoms and improving insulating characteristics. Compared with a p-InP buried laser doped with Fe, it can be said that it has a different and remarkable effect.

本発明の手法は、レーザに代表される発光半導体素子のみならず、受光半導体素子の埋め込み層にも適用可能である。また、電子デバイス等にも応用することができることは言うまでも無い。   The technique of the present invention can be applied not only to a light emitting semiconductor element typified by a laser, but also to a buried layer of a light receiving semiconductor element. Needless to say, the present invention can also be applied to electronic devices and the like.

以下、本発明のさらに詳細な実施例を図2、図6、図7、図8を用いて説明する。尚、以下の例では、現在、主として用いられているInP基板上の光半導体素子のみを述べたが、GaAs基板その他を用いたIII-V族化合物半導体素子にも適用可能であることはいうまでも無い。また、以下の例では、RuをドーピングしたInP膜を埋め込み層に用いた場合のみ記載したが、このようにV族にP原子を有する半導体層のみならず、V族にAsを有する半導体層やPとAsの両方を有する半導体層に対しても適用可能であることはいうまでも無い。その場合のAsの原料ガスとしては、PH3と同様に、AsH3等が使用可能である。また、III族原子としても、Inのみならず、Al, Gaなどの原子を含む膜においても適用可能であることはいうまでも無い。つまり、Ruがドーピングされる半絶縁半導体層となる化合物半導体として好適なものを記載するならば、(AlxGa1-x)yIn1-yAszP1-z(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦z≦1)である。   Hereinafter, a more detailed embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2, 6, 7, and 8. FIG. In the following example, only the optical semiconductor element on the InP substrate that is currently used has been described, but it goes without saying that it can also be applied to a III-V group compound semiconductor element using a GaAs substrate or the like. There is no. Further, in the following example, only the case where an InP film doped with Ru is used for the buried layer is described, but not only the semiconductor layer having P atoms in the V group but also the semiconductor layer having As in the V group or Needless to say, the present invention can also be applied to a semiconductor layer having both P and As. In this case, AsH3 or the like can be used as the source gas for As, similarly to PH3. Needless to say, the present invention can be applied not only to a group III atom but also to a film containing atoms such as Al and Ga. That is, if a compound semiconductor suitable as a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru is described, (AlxGa1-x) yIn1-yAszP1-z (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1).

第1の実施例は、本発明を端面発光型レーザに適用したものである。成長方法としては、MOVPE法を用いた。キャリアガスとしては水素を用いた。III族元素の原料は、トリエチルガリウム(TEG)、トリメチルインジウム(TMI)を用いた。V族元素の原料には、アルシン(AsH3)とフォスフィン(PH3)を用いた。また、n型ドーパントとしてはジシラン(Si2H6)
を、p型ドーパントとしてはジメチル亜鉛(DMZ)を用いた。添加するハロゲン原子含有ガスとしては、塩化メチル(CH3Cl)、Ruの有機金属原料としては、ビスエチルシクロペンタジエニルルテニウムを用いた。尚、成長法としては、MOVPEのみに限定されるものではなく、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、化学ビーム成長(CBE: Chemical Beam Epitaxy)法、有機金属分子線エピタキシー(MOMBE: Metal-organic Molecular Beam Epitaxy)法など主として、基板上の熱分解により成長が律速される手法ならば、本発明の効果を得ることは可能である。
In the first embodiment, the present invention is applied to an edge-emitting laser. The MOVPE method was used as the growth method. Hydrogen was used as the carrier gas. Triethylgallium (TEG) and trimethylindium (TMI) were used as the Group III element raw material. Arsine (AsH3) and phosphine (PH3) were used as raw materials for group V elements. In addition, as an n-type dopant, disilane (Si2H6)
And dimethyl zinc (DMZ) was used as the p-type dopant. As the halogen atom-containing gas to be added, methyl chloride (CH 3 Cl) was used, and as the organometallic raw material for Ru, bisethylcyclopentadienyl ruthenium was used. The growth method is not limited to MOVPE alone, but includes molecular beam epitaxy (MBE) method, chemical beam epitaxy (CBE) method, metal organic molecular beam epitaxy (MOMBE: Metal). The effects of the present invention can be obtained by a technique in which growth is rate-limited mainly by thermal decomposition on a substrate, such as the -organic molecular beam epitaxy method.

図2に、一部を切り取り、断面を露出させた、本発明を適用した端面発光レーザの鳥瞰図を示す。n-InP基板202上に、n-InPバッファー層203を形成し、その後、InGaAsPから成るレーザ部MQW層206、及び回折格子層209を成長する。通常は、保護のために上部にp-InPキャップ層を形成しておくことが殆どである。通常のプロセスにて回折格子を形成した後、上部p-InPクラッド層207により、回折格子209を埋め込み、連続的にp+-InGaAsコンタクト層208を形成する。このような多層構造にメサストライプマスクを形成し、エッチングによりメサ構造以外の部分を除去したのち、適切な前処理を行い、本発明の手法によって、ハロゲンガスを用いて、RuがドーピングされたInP層204の埋めこみ成長を行う。その際、塩化メチルを同時に添加した。本手法により、キャリアガスとして水素を用い、V族原料ガスとしてPH3を用いているが、高い絶縁性を有するRuがドーピングされたInP層204を形成することができた。その後は、通常の素子作製方法を用いてパッシベーション膜210形成、上部電極205、下部電極201形成等を施し、素子として完成した。   FIG. 2 is a bird's-eye view of an edge-emitting laser to which the present invention is applied, with a part cut away and a cross-section exposed. An n-InP buffer layer 203 is formed on the n-InP substrate 202, and then a laser part MQW layer 206 and a diffraction grating layer 209 made of InGaAsP are grown. Usually, a p-InP cap layer is usually formed on top for protection. After forming the diffraction grating by a normal process, the upper p-InP cladding layer 207 fills the diffraction grating 209 and continuously forms the p + -InGaAs contact layer 208. After forming a mesa stripe mask in such a multilayer structure and removing portions other than the mesa structure by etching, an appropriate pretreatment is performed, and the InP doped with Ru using a halogen gas according to the method of the present invention. Perform buried growth of layer 204. At that time, methyl chloride was added simultaneously. According to this method, although hydrogen was used as the carrier gas and PH3 was used as the V group source gas, the InP layer 204 doped with Ru having high insulating properties could be formed. Thereafter, the passivation film 210, the upper electrode 205, the lower electrode 201, and the like were formed using a normal element manufacturing method, and the element was completed.

このようにして作製した素子のしきい値電流は85℃において15mAであり、20mWを超える高い光出力特性を示した。また、変調特性も良好であった。さらに長時間動作でも素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。また、素子の作製歩留まりも高かった。   The device thus fabricated had a threshold current of 15 mA at 85 ° C., and exhibited high light output characteristics exceeding 20 mW. Also, the modulation characteristics were good. Furthermore, the device characteristics did not deteriorate even during long-time operation, and high device reliability was shown. In addition, the device manufacturing yield was high.

第2の実施例は、本発明を変調器集積化光源に適用したものである。図6に、本発明を適用した変調器集積型半導体レーザの説明図を示す。なお、層構造を把握しやすいように、一部を切り取り、断面を露出させた状態にしてあるが、本来はそのような切り欠きはない。本素子内には、変調器部EAR、導波路部WGR、レーザ部LDRのそれぞれが形成されている。成長方法としては、実施例1と同様にMOVPE法を用いた。III族元素の原料ガスは、実施例1の原料ガスに加え、Al原料としてトリメチルアルミニウム(TMA)を用いた。添加するハロゲン原子含有ガスとしては、塩化水素(HCl)、Ruの有機金属原料としては、ビスメチルシクロペンタジエニルルテニウムを用いた。   In the second embodiment, the present invention is applied to a modulator integrated light source. FIG. 6 is an explanatory diagram of a modulator integrated semiconductor laser to which the present invention is applied. Note that, in order to easily understand the layer structure, a part is cut out and the cross section is exposed, but originally there is no such cutout. In this element, a modulator part EAR, a waveguide part WGR, and a laser part LDR are formed. As a growth method, the MOVPE method was used in the same manner as in Example 1. The group III element source gas used trimethylaluminum (TMA) as the Al source in addition to the source gas of Example 1. Hydrogen chloride (HCl) was used as the halogen atom-containing gas to be added, and bismethylcyclopentadienyl ruthenium was used as the organometallic raw material of Ru.

最初に、n-InP基板602上に、n-InPバッファー層603を形成し、続いてInGaAlAs系からなる変調器部MQW層604を成長する。通常は、保護のために上部にp-InPキャップ層を形成しておくことが殆どである。次にウエハの所望の場所にマスクパターンを形成し、これをエッチングマスクとして、p-InPキャップ層と変調器部MQW層604を除去する。次に、ウエハを成長炉内に導入し、InGaAlAs系からなるレーザ部のMQW層606と回折格子層607、及びp-InPキャップ層をバットジョイント(BJ: Butt-joint)再成長する。次に、先のマスクを除去した後、変調器部MQW604とレーザ部MQW606の所望の場所に再度BJマスクを形成し、エッチングによりMQWとp-InPキャップ層を除去する。さらに、InGaAsPからなる導波路層605、及びp-InPキャップ層をBJ再成長する。ここでは、変調器部、レーザ部の2箇所同時にBJ接続した。ウエハを成長炉から取り出した後マスクを除去し、レーザ部MQW層606上に回折格子607を形成する。その後、ウエハを炉体内に導入し、ウエハ前面にp-InPクラッド層610とp+-InGaAsコンタクト層を成長して、結晶成長工程を終了する。このような多層構造にメサストライプマスクを形成し、エッチングによりメサ構造以外の部分を除去した後、適切な前処理を行い、本発明の手法によるRuドーピングInP層608にて埋めこみ成長を行う。その際、HClガスを同時に添加した。本発明手法では、キャリアガスとして水素を用い、V族原料ガスとしてPH3を用いているが、高い絶縁性を有するRuをドーピングした半絶縁半導体層を形成することができた。尚、出射光の反射による戻り光を防ぐため、変調器部側の光の出射端は、RuドーピングInP層608により埋め込まれており、所謂窓構造となっている。導波路部上部のp+-InGaAsコンタクト層を除去し、変調器部のp+-InGaAsコンタクト層612とレーザ部のp-InGaAsコンタクト層611を素子分離した後、通常の素子作製方法を用いてパッシベーション膜613形成、変調器部の上部電極614、レーザ部の上部電極609、及び下部電極601形成等を施し、素子として完成した。   First, an n-InP buffer layer 603 is formed on an n-InP substrate 602, and then a modulator MQW layer 604 made of InGaAlAs is grown. Usually, a p-InP cap layer is usually formed on top for protection. Next, a mask pattern is formed at a desired location on the wafer. Using this as an etching mask, the p-InP cap layer and the modulator part MQW layer 604 are removed. Next, the wafer is introduced into a growth furnace, and the MQW layer 606, the diffraction grating layer 607, and the p-InP cap layer of the laser part made of InGaAlAs are regrown by butt joint (BJ: Butt-joint). Next, after removing the previous mask, a BJ mask is formed again at desired locations in the modulator section MQW604 and the laser section MQW606, and the MQW and p-InP cap layers are removed by etching. Further, the waveguide layer 605 made of InGaAsP and the p-InP cap layer are regrown BJ. Here, BJ connection was simultaneously performed at two locations of the modulator section and the laser section. After removing the wafer from the growth furnace, the mask is removed, and a diffraction grating 607 is formed on the laser unit MQW layer 606. Thereafter, the wafer is introduced into the furnace body, a p-InP cladding layer 610 and a p + -InGaAs contact layer are grown on the front surface of the wafer, and the crystal growth process is completed. A mesa stripe mask is formed in such a multilayer structure, and portions other than the mesa structure are removed by etching, and then appropriate pretreatment is performed, and a buried growth is performed with the Ru-doped InP layer 608 according to the method of the present invention. At that time, HCl gas was added simultaneously. In the method of the present invention, hydrogen is used as a carrier gas and PH3 is used as a group V source gas. However, a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru having high insulating properties could be formed. In order to prevent return light due to reflection of the emitted light, the light emission end on the modulator side is embedded with a Ru-doped InP layer 608, which has a so-called window structure. After removing the p + -InGaAs contact layer on the top of the waveguide and isolating the p + -InGaAs contact layer 612 in the modulator part and the p-InGaAs contact layer 611 in the laser part, the passivation film is formed using a normal element fabrication method. Formation of 613, formation of the upper electrode 614 in the modulator part, formation of the upper electrode 609 and lower electrode 601 in the laser part, and the like were completed.

このようにして作製した素子のしきい値電流は85℃で15mA、-5℃から85℃の範囲で冷却器無しで10GHzの良好な変調特性を示し、また、長時間動作でも素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。また、素子の作製歩留まりも高かった。尚、レーザや変調器のMQWとして、InGaAlAs系材料のみでなく、InGaAsP系の材料や、それにSbやNを添加した材料を用いることもできる。   The threshold current of the device fabricated in this way is 15mA at 85 ° C, 10GHz without a cooler in the range of -5 ° C to 85 ° C, and the device characteristics deteriorate even after long-term operation. High device reliability was demonstrated. In addition, the device manufacturing yield was high. As the MQW of the laser or the modulator, not only an InGaAlAs material but also an InGaAsP material or a material added with Sb or N can be used.

第3の実施例は、本発明を裏面出射型レーザに適用したものである。図7に、本発明を適用した水平共振型表面発光レーザの説明図を示す。なお、層構造を把握しやすいように、一部を切り取り、断面を露出させた状態にしてあるが、本来はそのような切り欠きはない。素子構造は、プレーナBH構造と呼ばれるものである。成長方法としては、ここでもMOVPE法を用いたが、それに限定されるものでは無く、同一の効果が得られれば他の手法でも良い。用いた原料は、実施例1〜2と同様であるが、添加するハロゲン原子含有ガスとしては、四塩化炭素(CCl4)、Ruの有機金属原料としては、ビスジメチルペンタジエニルルテニウムを用いた。本Ru原料は、本発明にて最も効果が得られる形態の有機金属原料ではないが、ハロゲン原子含有ガスを添加しているため、その効果を得ることができた。   In the third embodiment, the present invention is applied to a back emission laser. FIG. 7 is an explanatory diagram of a horizontal cavity surface emitting laser to which the present invention is applied. Note that, in order to easily understand the layer structure, a part is cut out and the cross section is exposed, but originally there is no such cutout. The element structure is called a planar BH structure. As a growth method, the MOVPE method is used here, but the method is not limited to this, and other methods may be used as long as the same effect can be obtained. The raw materials used were the same as in Examples 1 and 2, but carbon tetrachloride (CCl4) was used as the halogen atom-containing gas to be added, and bisdimethylpentadienyl ruthenium was used as the organometallic raw material for Ru. Although the present Ru raw material is not an organometallic raw material having the most effective form in the present invention, the effect can be obtained because a halogen atom-containing gas is added.

本実施例では、p-InP基板702を用いた。その後、p-InPバッファー層703、InGaAlAs系からなるレーザ部MQW層708、及び回折格子層709を形成する。このとき、表面保護の為、n-InPキャップ層を形成しておく場合が殆どである。通常のプロセスにて回折格子709を形成した後、薄いn-InPクラッド層705、及びInGaAsPキャップ層で埋め込む。このような多層構造にメサストライプマスクを形成し、エッチングによりメサ構造以外の部分を除去した後、適切な前処理を行い、本発明の手法によるRuドーピングInP層704にて埋めこみ成長を行った。その際、CCl4を同時に添加した。本発明手法では、キャリアガスとして水素を用い、V族原料ガスとしてPH3を用いているが、高い絶縁性を有するRuをドーピングした半絶縁半導体層を形成することができた。連続して、上部n-InPクラッド層からの電流リーク防止のため、p-InP層712を成長した。このように、埋め込み層としてRuドーピングInP層のみならず、RuドーピングInP層を形成する後(前又は前後も本発明の範疇である。)に材料組成の異なる層を設けることで、複数層の埋め込みを行う場合も、本発明の手法は有効である。   In this embodiment, a p-InP substrate 702 is used. Thereafter, a p-InP buffer layer 703, an InGaAlAs-based laser part MQW layer 708, and a diffraction grating layer 709 are formed. At this time, an n-InP cap layer is mostly formed for surface protection. After forming the diffraction grating 709 by a normal process, it is filled with a thin n-InP cladding layer 705 and an InGaAsP cap layer. After forming a mesa stripe mask in such a multilayer structure and removing portions other than the mesa structure by etching, an appropriate pretreatment was performed, and buried growth was performed with the Ru-doped InP layer 704 according to the technique of the present invention. At that time, CCl4 was added simultaneously. In the method of the present invention, hydrogen is used as a carrier gas and PH3 is used as a group V source gas. However, a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru having high insulating properties could be formed. A p-InP layer 712 was continuously grown to prevent current leakage from the upper n-InP cladding layer. As described above, by forming not only the Ru-doped InP layer as the buried layer but also the Ru-doped InP layer (before or before and after is also within the scope of the present invention), a plurality of layers having different material compositions are provided. The technique of the present invention is also effective when embedding.

次に、マスクを除去したのち、適切な前処理を行いInGaAsPキャップ層を除去した後、上部n-InPクラッド層705、n-InGaAsPコンタクト層706を連続的に形成した。その際、Ru埋めこみ成長にて形成された結晶面による凹凸を平坦化するような条件にて再成長を行った。その後、表面に135度の角度を有する反射鏡710、裏面に出射光を収束させるための裏面レンズ711を形成し、上部電極707、下部電極701を形成して素子として完成した。   Next, after removing the mask and performing appropriate pretreatment to remove the InGaAsP cap layer, an upper n-InP cladding layer 705 and an n-InGaAsP contact layer 706 were successively formed. At that time, regrowth was performed under the condition of flattening the unevenness due to the crystal plane formed by Ru embedded growth. Thereafter, a reflecting mirror 710 having an angle of 135 degrees on the front surface, a back lens 711 for converging outgoing light on the back surface, and an upper electrode 707 and a lower electrode 701 were formed to complete the device.

このようにして作製した素子は、素子抵抗が3オームと低く、85℃においても、10mAの低しきい値電流で発振した。また、冷却器無しで10GHzの良好な変調特性を示し、また、長時間動作でも素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。また、素子の作製歩留まりも高かった。   The device thus fabricated had a low device resistance of 3 ohms and oscillated with a low threshold current of 10 mA even at 85 ° C. In addition, it showed good modulation characteristics at 10 GHz without a cooler, and showed high element reliability without deterioration of element characteristics even after long-term operation. In addition, the device manufacturing yield was high.

第4の実施例は、本発明を2x2型のInP系MQW型MZ変調器に応用した例である。図8に、本発明を適用したMZ変調器の鳥瞰図を示す。本素子内には、入力した光の分離部MMI_DIV、MZ変調器部MZ_EAR、出力光の合波部MMI_MPのそれぞれが形成されている。成長方法としては、ここでもMOVPE法を用いたが、それに限定されるものでは無く、同一の効果が得られれば他の手法でも良い。用いた原料は、実施例1〜3と同様であるが、添加するハロゲン原子含有ガスとしては、ターシャルブチルクロライド(TBCl)、Ruの有機金属原料としては、先に記述した最も効果が得られる形態のビスシクロペンタジエニルルテニウムを用いた。   The fourth embodiment is an example in which the present invention is applied to a 2 × 2 type InP-based MQW type MZ modulator. FIG. 8 shows a bird's-eye view of an MZ modulator to which the present invention is applied. In this element, an input light separation unit MMI_DIV, an MZ modulator unit MZ_EAR, and an output light multiplexing unit MMI_MP are formed. As a growth method, the MOVPE method is used here, but the method is not limited to this, and other methods may be used as long as the same effect can be obtained. The raw materials used are the same as those in Examples 1 to 3, but as the halogen atom-containing gas to be added, tertiary butyl chloride (TBCl), and as the organometallic raw material of Ru, the most advantageous effect described above can be obtained. The form of biscyclopentadienyl ruthenium was used.

最初に、n-InP基板802上に、n-InPバッファー層803、InGaAsPから成るMQW層804、p-InPクラッド層805、p+-InGaAsコンタクト層を連続的に成長する。絶縁膜を形成した後、素子形状をパターンニングし、これをエッチングマスクとして、不要な部分を除去した。続いて適切な前処理を行った後、本発明の手法によるRuドーピングInP層806にて埋めこみ成長を行った。その際、TBClを同時に添加した。本発明手法では、キャリアガスとして水素を用い、V族原料ガスとしてPH3を用いているが、高い絶縁性を有するRuをドーピングした半絶縁半導体層を形成することができた。その後、不要部分のコンタクト層を除去し、上部電極807、下部電極801を形成して素子として完成した。   First, an n-InP buffer layer 803, an MQW layer 804 made of InGaAsP, a p-InP cladding layer 805, and a p + -InGaAs contact layer are continuously grown on the n-InP substrate 802. After forming the insulating film, the element shape was patterned, and this was used as an etching mask to remove unnecessary portions. Subsequently, after appropriate pretreatment, buried growth was performed with a Ru-doped InP layer 806 according to the technique of the present invention. At that time, TBCl was added simultaneously. In the method of the present invention, hydrogen is used as a carrier gas and PH3 is used as a group V source gas. However, a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru having high insulating properties could be formed. Thereafter, unnecessary contact layers were removed, and an upper electrode 807 and a lower electrode 801 were formed to complete the device.

このようにして作製した素子は、Cバンド全域において、10GHzを超える高い変調特性を示した。また、駆動電圧は3V以下であった。長時間動作でも素子特性は劣化せず高い素子信頼性を示した。また、素子の作製歩留まりも高かった。   The device thus fabricated showed high modulation characteristics exceeding 10 GHz over the entire C band. The drive voltage was 3V or less. The device characteristics did not deteriorate even after long-term operation, and high device reliability was shown. In addition, the device manufacturing yield was high.

これらの実施例のように、MOVPE法によるRuをドーピングした半絶縁半導体層埋め込み型光半導体素子作製の際、ハロゲン原子を含むガスを同時に添加した成長を行うと、ハロゲン原子の効果により、水素が大量に存在する成長環境下においても、Ruをドーピングした半絶縁半導体層の絶縁特性を高めることができ、高性能なRuをドーピングした半絶縁半導体層を埋め込んだ光半導体素子が得られる。   As in these examples, when producing a semi-insulating semiconductor layer buried type optical semiconductor element doped with Ru by the MOVPE method, if growth is performed simultaneously with a gas containing halogen atoms, hydrogen is absorbed by the effect of the halogen atoms. Even in a growth environment where a large amount exists, the insulating characteristics of the semi-insulating semiconductor layer doped with Ru can be improved, and an optical semiconductor element in which the semi-insulating semiconductor layer doped with high-performance Ru is embedded can be obtained.

端面発光型半導体レーザの断面図である。It is sectional drawing of an edge-emitting type semiconductor laser. 一部を切り取り、断面を露出させた、本発明を適用した端面発光レーザの鳥瞰図である。1 is a bird's-eye view of an edge emitting laser to which the present invention is applied, with a part cut away and a cross section exposed. 本発明の原理説明図である。It is a principle explanatory view of the present invention. ハロゲンガスの添加の有無で比較したRuをドーピングした半絶縁半導体層のI-V特性比較図である。It is a IV characteristic comparison figure of the semi-insulating semiconductor layer which doped Ru compared with the presence or absence of addition of halogen gas. 本発明を適用した場合と適用しなかった場合の半導体レーザ素子のI-L特性比較図である。It is an IL characteristic comparison figure of the semiconductor laser element when not applying with the case where the present invention is applied. 本発明を適用した変調器集積型半導体レーザの説明図である。It is explanatory drawing of the modulator integrated type semiconductor laser to which this invention is applied. 本発明を適用した水平共振型表面発光レーザの説明図である。It is explanatory drawing of the horizontal resonance type | mold surface emitting laser to which this invention is applied. 本発明を適用したMZ変調器の鳥瞰図である。It is a bird's-eye view of the MZ modulator to which the present invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

101・・・n-InP基板、
102・・・活性層、
103・・・上部クラッド層、
104・・・p+-InGaAsコンタクト層、
105・・・下部クラッド層と基板、
106・・・半絶縁半導体層、
107・・・活性層、
108・・・p+-InGaAsコンタクト層、
109・・・上部クラッド層、
201・・・下部電極、
202・・・n-InP基板、
203・・・n-InPバッファー層、
204・・・RuドーピングInP層、
205・・・上部電極、
206・・・レーザ部MQW層、
207・・・上部p-InPクラッド層、
208・・・p+-InGaAsコンタクト層、
209・・・回折格子、
210・・・パッシベーション膜、
601・・・下部電極、
602・・・n-InP基板、
603・・・n-InPバッファー層、
604・・・変調器部MQW層、
605・・・導波路層、
606・・・レーザ部のMQW層、
607・・・回折格子、
608・・・RuドーピングInP層、
609・・・レーザ部の上部電極、
610・・・p-InPクラッド層、
611・・・レーザ部のp+-InGaAsコンタクト層、
612・・・変調器部のp+-InGaAsコンタクト層、
613・・・パッシベーション膜、
614・・・変調器部の上部電極、
701・・・下部電極、
702・・・p-InP基板、
703・・・p-InPバッファー層、
704・・・RuドーピングInP層、
705・・・上部n-InPクラッド層、
706・・・n-InGaAsPコンタクト層、
707・・・上部電極、
708・・・レーザ部MQW層、
709・・・回折格子、
710・・・135度反射鏡、
711・・・裏面レンズ、
712・・・p-InP層、
801・・・下部電極、
802・・・n-InP基板、
803・・・n-InPバッファー層、
804・・・MQW層、
805・・・p-InPクラッド層、
806・・・RuドーピングInP層、
807・・・上部電極
101 ・ ・ ・ n-InP substrate,
102 ... active layer,
103 ... upper clad layer,
104 ・ ・ ・ p + -InGaAs contact layer,
105 ... lower clad layer and substrate,
106 ・ ・ ・ Semi-insulating semiconductor layer,
107 ... active layer,
108 ・ ・ ・ p + -InGaAs contact layer,
109 ... upper clad layer,
201 ... lower electrode,
202 ・ ・ ・ n-InP substrate,
203 ... n-InP buffer layer,
204 ... Ru-doped InP layer,
205 ... upper electrode,
206 ... Laser part MQW layer,
207 ... Upper p-InP cladding layer,
208 ・ ・ ・ p + -InGaAs contact layer,
209 ... Diffraction grating,
210 ・ ・ ・ Passivation film,
601 ... Lower electrode,
602 ... n-InP substrate,
603 ... n-InP buffer layer,
604 ・ ・ ・ Modulator part MQW layer,
605 ... Waveguide layer,
606 ... MQW layer of laser part,
607 ... Diffraction grating,
608 ... Ru-doped InP layer,
609... Upper electrode of laser part,
610 ... p-InP cladding layer,
611 ... p + -InGaAs contact layer of laser part,
612 ... p + -InGaAs contact layer of the modulator section,
613 ・ ・ ・ Passivation film,
614 ... Upper electrode of the modulator section,
701 ... Lower electrode,
702 ... p-InP substrate,
703 ... p-InP buffer layer,
704 ... Ru doped InP layer,
705 ... Upper n-InP cladding layer,
706 ... n-InGaAsP contact layer,
707 ... Upper electrode,
708 ... Laser part MQW layer,
709 ... Diffraction grating,
710 ... 135 degree reflector,
711 ・ ・ ・ Back lens,
712 ... p-InP layer,
801 ... lower electrode,
802 ... n-InP substrate,
803 ... n-InP buffer layer,
804 ... MQW layer,
805 ・ ・ ・ p-InP cladding layer,
806 ... Ru doped InP layer,
807 ... Upper electrode

Claims (12)

基板上に形成されたIII-V族化合物半導体層を、Ruがドーピングされた半絶縁半導体層を用いて埋め込む光半導体素子の製造方法であって、
前記III-V族化合物半導体層を形成する工程と、
前記III-V族化合物半導体層を前記Ruがドーピングされた半絶縁半導体層を埋め込む工程を備え、
前記半絶縁半導体層の成長において、III族原料ガス、V族原料ガス、及びRu原料ガスの供給とは別に、ヨウ素以下の原子量のハロゲン原子を含有するガスを供給することを特徴とする光半導体素子の製造方法。
A method for manufacturing an optical semiconductor element in which a group III-V compound semiconductor layer formed on a substrate is embedded using a semi-insulating semiconductor layer doped with Ru,
Forming the III-V compound semiconductor layer;
Burying the Ru-doped semi-insulating semiconductor layer in the III-V compound semiconductor layer,
In the growth of the semi-insulating semiconductor layer, an optical semiconductor characterized in that a gas containing a halogen atom having an atomic weight of iodine or less is supplied separately from the supply of a group III source gas, a group V source gas, and a Ru source gas Device manufacturing method.
請求項1において、
前記半絶縁半導体層の成長手法は、有機金属気相成長(MOVPE)法、分子線エピタキシー(MBE)法、化学ビーム成長(CBE: Chemical Beam Epitaxy)法、有機金属分子線エピタキシー(MOMBE: Metal-organic Molecular Beam Epitaxy)法のいずれかであることを特徴とする光半導体素子の製造方法。
In claim 1,
The semi-insulating semiconductor layer is grown by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), molecular beam epitaxy (MBE), chemical beam epitaxy (CBE), metal organic molecular beam epitaxy (MOMBE: Metal- An organic molecular beam epitaxy) method.
請求項2において、
前記有機金属気相成長(MOVPE)法に用いるキャリアガスが水素を含むことを特徴とする光半導体素子の製造方法。
In claim 2,
A method for producing an optical semiconductor element, wherein a carrier gas used in the metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) method contains hydrogen.
請求項1において、
前記半絶縁半導体層は、(AlxGa1-x)yIn1-yAszP1-z(0≦x≦1, 0≦y≦1, 0≦z≦1)に対して、Ruがドーピングされた層であることを特徴とする光半導体素子の製造方法。
In claim 1,
The semi-insulating semiconductor layer is a layer doped with Ru with respect to (AlxGa1-x) yIn1-yAszP1-z (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1). A method for manufacturing an optical semiconductor device.
請求項4において、
前記V族原料ガスとして、フォスフィン(PH3)、或いは、アルシン(AsH3)、或いは、その両方を用いることを特徴とする光半導体素子の製造方法。
In claim 4,
A method for manufacturing an optical semiconductor element, wherein phosphine (PH3), arsine (AsH3), or both are used as the group V source gas.
請求項1において、
前記ハロゲン原子を含有するガスとして、塩化水素、塩化メチル、四塩化炭素、臭化水素、臭化メチル、四臭化炭素、三塩化臭化炭素又はターシャルブチルクロライドを用いることを特徴とする光半導体素子の製造方法。
In claim 1,
Light characterized by using hydrogen chloride, methyl chloride, carbon tetrachloride, hydrogen bromide, methyl bromide, carbon tetrabromide, carbon trichlorobromide or tertiary butyl chloride as the gas containing a halogen atom. A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項1において、
前記半絶縁半導体層を成長する際の前記基板の温度が540℃以上580℃以下であることを特徴とする光半導体素子の製造方法。
In claim 1,
The method of manufacturing an optical semiconductor element, wherein the temperature of the substrate when growing the semi-insulating semiconductor layer is 540 ° C. or higher and 580 ° C. or lower.
請求項1において、
前記半絶縁半導体層を成長する際の前記V族原料ガスとIII族原料ガスの供給量比を1:1以上100:1以下とすることを特徴とする光半導体素子の製造方法。
In claim 1,
A method for manufacturing an optical semiconductor device, wherein a supply ratio of the group V source gas and the group III source gas when growing the semi-insulating semiconductor layer is 1: 1 or more and 100: 1 or less.
請求項1において、
前記Ru原料ガスとして、化学式1の有機金属原料の少なくとも1種類を用いることを特徴とする光半導体素子の製造方法。
Figure 2010027936
(ここでA、及びBは、シクロへプタン、シクロへプテン、シクロヘプタジエン、へプタン、へプテン、ヘプタジエン、ヘプタジイン、シクロヘキサン、シクロへキセン、シクロヘキサジエン、ヘキサン、ヘキセン、ヘキサジエン、ヘキサジイン、フェニル、シクロペンタン、シクロペンテン、シクロペンタジエン、ペンタン、ペンテン、ペンタジエン、ペンタジイン、ブタン、ブテン、ブタジエン、ブチン、プロパン、プロペン、プロピン、エタン、エテンの各残基、又はメタン残基の中から選ばれ、C1、C2、D1、D2がH、CO-RX、CN-RX、N=RX、CnH2n+1、又はCnH2n-1(n=1、2、3、4、5、6、7、8、9、10)の中から選ばれる)
In claim 1,
A method for producing an optical semiconductor element, wherein at least one kind of organometallic raw material of Chemical Formula 1 is used as the Ru raw material gas.
Figure 2010027936
(Where A and B are cycloheptane, cycloheptene, cycloheptadiene, heptane, heptene, heptadiene, heptadiyne, cyclohexane, cyclohexene, cyclohexadiene, hexane, hexene, hexadiene, hexadiyne, phenyl, Selected from cyclopentane, cyclopentene, cyclopentadiene, pentane, pentene, pentadiene, pentadiyne, butane, butene, butadiene, butyne, propane, propene, propyne, ethane, ethene residues, or methane residues, C1, C2, D1, D2 is H, CO-RX, CN-RX, N = RX, CnH2n + 1, or CnH2n-1 (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) (Chosen from the inside)
請求項1において、
前記半絶縁半導体層を形成する前又は後又は前後に、前記半絶縁半導体層とは異なる材料組成の層を成長させることを特徴とする光半導体素子の製造方法。
In claim 1,
A method of manufacturing an optical semiconductor element, comprising growing a layer having a material composition different from that of the semi-insulating semiconductor layer before, after or before and after forming the semi-insulating semiconductor layer.
基板と、
前記基板上に形成されたIII-V族化合物半導体層と、
前記III-V族化合物半導体層を埋め込むRuがドーピングされた半絶縁半導体層と、を備えた光半導体素子において、
前記半絶縁半導体膜における水素濃度が1x1018cm-3以下であることを特徴とする光半導体素子。
A substrate,
A III-V compound semiconductor layer formed on the substrate;
In an optical semiconductor device comprising a Ru-doped semi-insulating semiconductor layer that embeds the III-V compound semiconductor layer,
An optical semiconductor element, wherein a hydrogen concentration in the semi-insulating semiconductor film is 1 × 10 18 cm −3 or less.
基板と、
前記基板上に、メサストライプ形状に形成されたIII-V族化合物半導体層と、
前記III-V族化合物半導体層を埋め込むRuがドーピングされた半絶縁半導体層と、を備えた光半導体素子において、
前記半絶縁半導体層は、前記メサストライプ両側に隣接した(111)系の面と、前記(111)系の面に隣接して(100)系の面を備えていることを特徴とする光半導体素子。
A substrate,
On the substrate, a III-V group compound semiconductor layer formed in a mesa stripe shape,
In an optical semiconductor device comprising a Ru-doped semi-insulating semiconductor layer that embeds the III-V compound semiconductor layer,
The semi-insulating semiconductor layer includes an (111) system surface adjacent to both sides of the mesa stripe, and a (100) system surface adjacent to the (111) system surface. element.
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