JP2010219102A - 半導体レーザ素子 - Google Patents

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Abstract

【課題】埋め込みヘテロ構造を有する半導体レーザ素子の高性能化、高信頼化を図る。
【解決手段】埋め込みヘテロ構造を有する半導体レーザ素子は、メサ構造の両側をＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層３０２で埋め込み、続いてＩｎＧａＰからＩｎＰへ組成が傾斜するＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層３０３で埋め込んだ後、ＲｕドープＩｎＰ層３０４で埋め込むことによって作製される。ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層３０２とＲｕドープＩｎＰ層３０４との間にＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層３０３を設けることにより、格子整合しないＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層３０２とＲｕドープＩｎＰ層３０４とを、結晶性が良好な埋め込み層とすることが可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体レーザ素子に関し、特に、埋め込みヘテロ構造を有する半導体レーザ素子に適用して有効な技術に関するものである。
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おり、例えば伝送距離が１０ｋｍ程度までの短距離用途向けには、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、消費電力が少ないという特徴がある。また、部品点数を少なくできるため、低コスト化も可能である。
一方、伝送距離が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(Electro-absorption：ＥＡ)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(Mach Zehnder：ＭＺ)型変調器が用いられている。
光通信用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(Ridge Wave-Guide：ＲＷＧ)構造と埋め込みヘテロ(Buried-Hetero：ＢＨ)構造（以下、単に埋め込み構造という）の２種類がある。図１は、これら２種類の構造のメサストライプ方向に沿った断面図である。
図１（ａ）に示すリッジ導波路構造は、半導体基板１０１上に形成した上部クラッド層１０４およびコンタクト層１０５をエッチングして幅数μｍのメサストライプを形成する際に、活性層１０３の直上まで余分な部分をエッチングで除去する。このとき、活性層１０３はエッチングされないので、電流注入の際に、活性層１０３に注入されずに拡がってしまう無効電流成分が必ず存在する。
一方、図１（ｂ）に示す埋め込み構造は、メサストライプを形成する際に、上部クラッド層１０４のみならず、活性層１０３、下部クラッド層１０２および半導体基板１０１までエッチングし、メサ構造の両側に半絶縁性半導体からなる埋め込み層１０６を成長させる。この場合、絶縁性の高い埋め込み層１０６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、原理的にはリッジ導波路構造よりも低いしきい値電流でレーザを動作させることが可能となる。
従来のＩｎＰ系埋め込み型半導体レーザ素子の作製には、半導体層の成長方法として、品質の良い埋め込み再成長が可能な有機金属気相成長(Metal-Orgnic Vapor Phase Epitaxy：ＭＯＶＰＥ)法が主に用いられてきた。また、絶縁性の高い埋め込み層の材料としては、ＦｅをドープしたＩｎＰが用いられてきた。しかし、Ｆｅは、通常ｐ型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、ｐ型のクラッド層から埋め込み層へ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クラッド層へＦｅが拡散して導電性が低下したりするという問題があった。
従来は、上記したＦｅ−Ｚｎの相互拡散を抑制するために、Ｆｅのドーピング濃度を極力低下させて対処していた。そのため、電流のブロック効果が不十分となり、活性層に注入されないリーク電流成分が発生することから、従来の埋め込み型半導体レーザ素子は、期待する効果が十分に得られていなかった。
このような問題に対し、Ｄａｄｇａｒ等は、第８回ＭＯＶＰＥ国際会議において、Ｆｅに替わる半絶縁性ドーパントとして、新たにＲｕを報告した（第８回ＭＯＶＰＥ国際会議、アブストラクト、ＰＤＳＰ．７、１９９６年）。その後、Ｒｕは、Ｚｎと相互拡散しないことが実験でも確認され、ＲｕドープＩｎＰ系埋め込み構造は、従来のＦｅドープＩｎＰ系埋め込み構造を上回る優れた特性が報告されるに至っている。
しかしながら、半絶縁性埋め込み層の材料としてＲｕドープＩｎＰを用いた上記構造は、活性層およびＩｎＰクラッド層に対するバンドギャップが十分に大きくなく、埋め込み層のリーク電流の抑制が不十分であった。そこで、この問題を解決するために、ＩｎＰクラッド層とＩｎＰ半絶縁性埋め込み層との間に、ＩｎＰクラッド層よりもバンドギャップの大きいワイドギャップ層を設けることによって、リーク電流を抑制する技術が提案された。
図２は、上記ワイドギャップ層を設けた構造のメサストライプ方向に沿った断面図である。下部クラッド層１０２の上に通常のメサ構造を形成した後、このメサ構造の両脇を、まずワイドギャップ層１０７で埋め込み、次いで埋め込み層１０６で埋め込む構造となっている。
上記ワイドギャップ層を設けた構造の公知例として、特許文献１（特開平１−３０２７９１号公報）および特許文献２（特開２００２−３１４１９６号公報）がある。特許文献１では、ＩｎＰ半絶縁性埋め込み層とＩｎＰクラッド層との間に、ＩｎＰクラッド層よりもバンドギャップの大きいアンドープＩｎＧａＰ層、またはＦｅをドープしたＩｎＧａＰ層を設けることにより、埋め込み層へのリーク電流を抑制している。また、特許文献２では、ワイドギャップ層としてＲｕをドープしたＩｎＡｌＡｓ層を設けることにより、リーク電流を抑制している。
特開平１−３０２７９１号公報 特開２００２−３１４１９６号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載された素子構造では、ＩｎＰ半絶縁性埋め込み層とＩｎＰクラッド層との間にＦｅドープＩｎＧａＰ層を設けた場合、このワイドギャップ層とＩｎＰクラッド層とが直接接することになる。その結果、ワイドギャップ層中のＦｅとＩｎＰクラッド層中のＺｎとの相互拡散が発生することになるので、ワイドギャップ層を設けた効果が乏しく、電流ブロック効果が不十分になるという問題がある。
また、ＩｎＧａＰは、ＩｎＰと格子整合しない歪系結晶であることから、臨界膜厚以下の数十ｎｍ程度の膜厚しか成長させることができない。そのため、ＩｎＧａＰワイドギャップ層をアンドープ構造にした場合であっても、ＦｅドープＩｎＰ半絶縁性埋め込み層とＩｎＰクラッド層との間に、ワイドギャップ層を通じたＦｅ−Ｚｎの相互拡散が発生するという問題がある。
前述したように、Ｆｅ−Ｚｎの相互拡散を抑制する目的で、ＩｎＰ半絶縁性埋め込み層にＲｕをドープする技術が報告されている。そこで、上記ワイドギャップ層をＦｅドープＩｎＧａＰからＲｕドープＩｎＧａＰに置き換えることは容易に想定されるが、その場合には、これまでの構造には無かった新たな問題が発生する。それは、ＲｕドープＩｎＧａＰの場合、欠陥のない良好な結晶性を得ることが困難なためである。なぜならば、Ｒｕドープ半導体の場合、半絶縁的な特性を実現するための成長条件は、通常の成長条件よりも低温で、且つＶ族元素／ＩＩＩ族元素比が低いことから、ＩｎＧａＰのような歪系結晶では、特に結晶欠陥が発生し易いからである。従って、ワイドギャップ層をＲｕドープＩｎＧａＰで構成した場合は、リーク電流の抑制や素子の信頼性確保に問題が生じる恐れがある。
一方、ワイドギャップ層をＲｕドープＩｎＡｌＡｓで構成する特許文献２の場合は、ＩｎＰにＲｕをドープした場合のように、抵抗率が高くなることがこれまで実証されておらず、電流ブロック層としての効果が不十分である。また、半絶縁性埋め込み層にＡｌが含まれることになるので、素子の信頼性確保にも問題がある。
本発明の目的は、埋め込み構造を有する半導体レーザ素子において、半絶縁性埋め込み層へのリーク電流を抑制する技術を提供することにある。
本発明の他の目的は、埋め込み構造を有する半導体レーザ素子において、半絶縁性埋め込み層の一部を構成するワイドギャップ層の結晶性の劣化を抑制する技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本願の一発明では、半絶縁性埋め込み層のドーパントとして、Ｚｎと相互拡散しないＲｕを用いることにより、埋め込み層の高い絶縁性を維持してリーク電流を抑制する。また、Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層の構造は、ＩｎＰよりもバンドギャップの大きいＩｎＧａＰワイドギャップ層とＩｎＰ層との積層構造とし、ＩｎＧａＰワイドギャップ層による電流ブロック効果を利用してリーク電流を抑制する。さらに、ＲｕドープＩｎＰ層とＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層との間に、ＩｎＧａＰからＩｎＰへ組成が傾斜するＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層を設けた構造にすることにより、Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層の結晶性劣化を抑制する。
図３は、上記した構造のメサストライプ方向に沿った断面図である。上記構造は、通常のメサ構造を形成した後、まずメサ構造の両側をＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層３０２で埋め込み、続いてＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層３０３で埋め込んだ後、ＲｕドープＩｎＰ層３０４で埋め込むことによって作製される。
上記ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層３０２は、Ｇａの組成比を大きくするに従ってバンドギャップが大きくなり、電流ブロック層としての効果が大きくなる。但し、ＩｎＧａＰはＩｎＰと格子整合しないので、臨界膜厚以上に厚く成長させた場合には、結晶欠陥が発生し、素子特性や信頼性の劣化などに影響を及ぼすようになる。
図４にＩｎ（１−Ｘ）ＧａＸＰのＧａＸ組成と臨界膜厚との関係を示す。この図４から、ＧａＸ組成比が０．１での臨界膜厚は約８０ｎｍであり、８０ｎｍ以下とすることで結晶性の良い膜を成長することができる。
また、このＩｎ（１−Ｘ）ＧａＸＰのＧａ組成とバンドギャップエネルギー変化量との関係を図５に示す。この図５から、Ｇａ組成比を大きくするに従ってエネルギーが大きくなることが分かる。例えばＧａ組成比が０．１の場合、ＩｎＰと比べて約１００ｍｅＶ程度大きくなり、ワイドギャップ層として十分であり、リーク電流を抑制する効果が十分に得られる。
このように、本発明では、ＲｕドープＩｎＰ層とＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層との間に、ＩｎＧａＰからＩｎＰへ組成が傾斜するＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層を設ける。この構成により、格子整合しないＲｕドープＩｎＧａＰ層およびＲｕドープＩｎＰ層を結晶性が良好な埋め込み層とすることが可能となるので、前記図３、図４に従う素子設計が可能となり、高性能で、且つ高信頼なＲｕドープ半絶縁性埋め込み層を実現することができる。
なお、図３の説明では、埋め込み層の構造が、活性層側から順にＩｎＧａＰ層、ＩｎＧａＰ組成傾斜層、ＩｎＰ層となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、活性層およびクラッド層とＲｕドープＩｎＰ層との間にＩｎＧａＰワイドギャップ層が設けられていればよく、他に表１に示す構造が考えられる。例えば、活性層およびクラッド層とＲｕドープＩｎＰ層の間に、活性層側から順に１層目にＩｎＧａＰ組成傾斜層、２層目にＩｎＧａＰ層、３層目にＩｎＧａＰ組成傾斜層が設けられた構造であっても、本発明の効果が得られる。
Figure 2010219102
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
埋め込み構造を有する半導体レーザ素子の高性能化を図ることができる。
埋め込み構造を有する半導体レーザ素子の高信頼化を図ることができる。
（ａ）は、従来のリッジ導波路型レーザ素子のメサストライプ方向に沿った要部断面図であり、（ｂ）は、従来の埋め込みヘテロ型レーザ素子のメサストライプ方向に沿った要部断面図である。 埋め込み層の一部にワイドギャップ層を設けた従来の埋め込みヘテロ型レーザ素子の要部断面図である。 本発明の埋め込みヘテロ型レーザ素子のメサストライプ方向に沿った要部断面図である。 本発明の埋め込みヘテロ型レーザ素子の埋め込み層の一部を構成するＲｕドープＩｎＧａＰ層の組成と臨界膜厚との関係を示すグラフである。 本発明の埋め込みヘテロ型レーザ素子の埋め込み層の一部を構成するＲｕドープＩｎＧａＰ層のＧａ組成とバンドギャップエネルギー変化量との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１である端面発光型レーザ素子の要部破断斜視図である。 本発明の実施の形態２である変調器集積化光源の要部破断斜視図である。 本発明の実施の形態３である裏面出射型レーザ素子の要部破断斜視図である。 本発明の実施の形態４であるＭＺ変調器の斜視図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。また、以下の実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、平面図であってもハッチングを付す場合がある。
（実施の形態１）
本実施の形態１は、本発明を端面発光型レーザ素子に適用したものである。半導体層の成長方法としてＭＯＶＰＥ法を用い、キャリアガスとして水素を用いた。また、ＩＩＩ族元素の原料には、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）とトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用い、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。さらに、ｎ型ドーパントとしてジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用い、ｐ型ドーパントとしてジメチル亜鉛（ＤＭＺ）を用いた。
図６は、本実施の形態の素子の一部を破断して示す斜視図である。この素子は、次のようなプロセスで作製した。まず、ｎ型ＩｎＰ基板６０２上にｎ型ＩｎＰバッファー層６０３を形成した後、その上部にＩｎＧａＡｓＰ系半導体からなるレーザ部の多重量子井戸(Multi Quantum Well：ＭＱＷ)層６０９および上部ｐ型ＩｎＰクラッド層６１０を成長させた。その後、通常は、上部ｐ型ＩｎＰクラッド層６１０の保護のために、ｐ型ＩｎＰからなるキャップ層を形成しておく場合が殆どであるが、その図示は省略する。
次に、通常のプロセスで回折格子層６１２を形成した後、上部ｐ型ＩｎＰクラッド層６１０をもう一度成長させて回折格子層６１２を埋め込み、連続的にｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層６１１を形成する。
次に、上記のような多層構造の上にメサストライプマスク（図示せず）を形成し、メサ構造以外の部分をエッチングで除去した後、ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層６０５、ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層６０６、ＲｕドープＩｎＰ層６０７を順次成長させた積層構造からなるＲｕドープ半絶縁性埋め込み層６０４で埋め込みを行った。ここで、ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層６０５は、Ｇａの組成比を０．１とし、膜厚を１０ｎｍとした。また、ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層６０６は、Ｇａの組成比を０．１から徐々に小さくし、最終的にＲｕドープＩｎＰ層６０７と格子整合させた。
その後、通常の素子作製プロセスに従ってパッシベーション膜６１３、上部電極６０８および下部電極６０１を形成し、素子を完成させた。
上記した埋め込み構造によれば、Ｒｕ−Ｚｎの相互拡散が無いことから、Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層６０４の絶縁性が高く、かつＲｕドープＩｎＰ半絶縁性埋め込み層６０７とｐ型ＩｎＰクラッド層６１０との間にＩｎＰよりもバンドギャップが大きいＩｎＧａＰのワイドギャップ層があるために、埋め込み層へのリーク電流をブロックすることができる。
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に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。
（実施の形態２）
本実施の形態２は、素子内に変調器部、導波路部およびレーザ部が一体に形成された変調器集積化光源に適用したものである。半導体層の成長方法としては、実施の形態１と同じＭＯＶＰＥ法を用いた。また、ＩＩＩ族元素の原料は、実施の形態１の原料に加え、Ａｌ原料としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を用いた。
図７は、本実施の形態の素子の一部を破断して示す斜視図である。この素子は、次のようなプロセスで作製した。まず、ｎ型ＩｎＰ基板７０２上にｎ型ＩｎＰバッファー層７０３を形成した後、その上部にＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体からなる変調器部のＭＱＷ層７０４を成長させた。その後、通常は、ＭＱＷ層７０４の保護のために、ｐ型ＩｎＰからなるキャップ層を形成しておく場合が殆どであるが、その図示は省略する。
次に、所定の箇所にマスク（図示せず）を形成した後、マスクで覆われていない領域のキャップ層とＭＱＷ層７０４とをエッチングで除去した。次に、成長炉内でＩｎＧａＡｌＡｓからなるレーザ部のＭＱＷ層７０６、回折格子層７０７およびｐ型ＩｎＰキャップ層（図示せず）をバットジョイント(Butt-joint：ＢＪ）再成長させた。
次に、前記マスクを除去し、続いて変調器部のＭＱＷ層７０４とレーザ部のＭＱＷ層７０６のそれぞれの所定箇所に再度ＢＪマスクを形成した後、ＭＱＷ層７０４、７０６およびｐ型ＩｎＰキャップ層をエッチングで除去し、さらに、ＩｎＧａＡｓＰからなる導波路層７０５およびｐ型ＩｎＰキャップ層（図示せず）をＢＪ再成長させた。ここでは、変調器部およびレーザ部の２箇所に同時にＢＪ接続した。
次に、ｎ型ＩｎＰ基板７０２を成長炉から取り出し、マスクを除去した後、レーザ部のＭＱＷ層７０６上に回折格子層７０７を形成した。次に、成長炉内で全面にｐ型ＩｎＰクラッド層７１４とｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層（図示せず）を成長させ、結晶成長工程を終了した。
次に、上記のような多層構造の上にメサストライプマスク（図示せず）を形成し、メサ構造以外の部分をエッチングで除去した後、適切な前処理を行い、Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層７０８によって埋め込みを行った。このＲｕドープ半絶縁性埋め込み層７０８は、ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層７０９、ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層７１０、ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層７１１およびＲｕドープＩｎＰ層７１２を順次成長させた積層構造からなる。なお、出射光の反射による戻り光を防ぐために、変調器部側の光の出射端は、Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層７０８によって埋め込まれた、いわゆる窓構造となっている。
次に、導波路部の上部のｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を除去し、変調器部のｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７１６とレーザ部のｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層７１５とを素子分離した後、通常の素子作製プロセスに従ってパッシベーション膜７１７、変調器部の上部電極７１８、レーザ部の上部電極７１３および下部電極７０１を形成し、素子を完成させた。
このようにして作製した素子のしきい値電流は、８５℃で１５ｍＡであり、−５℃〜８５℃の範囲で冷却器無しで１０ＧＨｚの良好な変調特性を示した。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。さらに、素子の作製歩留まりも高かった。なお、変調器部のＭＱＷ層７０４やレーザ部のＭＱＷ層７０６として、ＩｎＧａＡｌＡｓ系材料のみでなく、ＩｎＧａＡｓＰ系材料や、ＩｎＧａＡｓＰ系材料にＳｂやＮを添加した材料などを用いることもできる。
（実施の形態３）
本実施の形態３は、本発明を裏面出射型レーザ素子に適用したものである。この素子構造は、プレーナ埋め込みヘテロ構造と呼ばれるものである。半導体層の成長方法としては、実施の形態１と同じＭＯＶＰＥ法を用いた。用いた原料は、実施の形態１、２と同じである。
図８は、本実施の形態の素子の一部を破断して示す斜視図である。この素子は、次のようなプロセスで作製した。まず、ｐ型ＩｎＰ基板８０２上にｐ型ＩｎＰバッファー層８０３、ＩｎＧａＡｌＡｓ系半導体からなるレーザ部のＭＱＷ層８１１、および上部ｎ型ＩｎＰクラッド層８０８を形成した。その後、通常は、表面保護のためにｎ型ＩｎＰからなるキャップ層を形成しておく場合が殆どであるが、その図示は省略する。
次に、通常のプロセスで回折格子層８１２を形成した後、薄い上部ｎ型ＩｎＰクラッド層８０８およびＩｎＧａＡｓＰキャップ層（図示せず）で回折格子層８１２を埋め込んだ。
次に、上記のような多層構造の上にメサストライプマスク（図示せず）を形成し、メサ構造以外の部分をエッチングで除去した後、適切な前処理を行い、Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層８０４で埋め込みを行った。ここで、Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層８０４は、ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層８０５、ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層８０６、ＲｕドープＩｎＰ層８０７を順次成長させた積層構造からなる。
次に、メサストライプマスクを除去し、適切な前処理によってＩｎＧａＡｓＰキャップ層を除去した後、上部ｎ型ＩｎＰクラッド層８０８、ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層８０９を連続的に形成した。その際、前記Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層８０４の成長によって形成された結晶面による応答を平坦化するような条件で再成長を行った。
その後、素子の表面に１３５度の角度を有する反射鏡８１３を形成し、裏面に出射光を収束させるための裏面レンズ８１４を形成した後、上部電極８１０および下部電極８０１を形成して素子を完成させた。
このようにして作製した素子は、素子抵抗が３Ω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、長時間動作でも素子特性は劣化せずに高い素子信頼性を示した。さらに、素子の作製歩留まりも高かった。
（実施の形態４）
本実施の形態４は、本発明を２×２型のＩｎＰ系ＭＱＷ型ＭＺ変調器に適用したものである。この素子内には、入力した光の分離部、ＭＺ変調器部、出力光の合波部のそれぞれが形成されている。半導体層の成長方法としては、実施の形態１と同じＭＯＶＰＥ法を用いた。用いた原料は、実施の形態１〜３と同じである。
図９は、本実施の形態の素子の一部を破断して示す斜視図である。この素子は、次のようなプロセスで作製した。まず、ｎ型ＩｎＰ基板９０２上にｎ型ＩｎＰバッファー層９０３、ＩｎＧａＡｓＰからなるＭＱＷ層９０４、ｐ型ＩｎＰクラッド層９０５、および図示しないｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を連続的に成長させた。
次に、ｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層上に堆積した絶縁膜を所定形状にパターニングし、これをエッチングマスクとして不要な半導体層を除去した。次に、適切な前処理を行った後、Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層９０６で埋め込みを行った。ここで、Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層９０６は、ＲｕドープＩｎＰ層９０７、ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層９０８、ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層９０９、ＲｕドープＩｎＰ層９１０を順次成長させた積層構造からなる。その後、ｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層の不要部分を除去し、上部電極９１１および下部電極９０１を形成して素子を完成させた。
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。また、長時間動作でも素子特性は劣化せずに高い素子信頼性を示した。さらに、素子の作製歩留まりも高かった。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
本発明は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ、ＮＯＲ型フラッシュメモリまたはフラッシュメモリ搭載マイコンなど、電荷トラップ型メモリを搭載した半導体製品に適用することができる。
１０１ 半導体基板
１０２ 下部クラッド層
１０３ 活性層
１０４ 上部クラッド層
１０５ コンタクト層
１０６ 埋込み層
１０７ ワイドギャップ層
３０２ ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層
３０３ ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層
３０４ ＲｕドープＩｎＰ層
６０１ 下部電極
６０２ ｎ型ＩｎＰ基板
６０３ ｎ型ＩｎＰバッファー層
６０４ Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層
６０５ ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層
６０６ ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層
６０７ ＲｕドープＩｎＰ層
６０８ 上部電極
６０９ 多重量子井戸（ＭＱＷ）層
６１０ 上部ｐ型ＩｎＰクラッド層
６１２ 回折格子層
６１１ ｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
６１３ パッシベーション膜
７０１ 下部電極
７０２ ｎ型ＩｎＰ基板
７０３ ｎ型ＩｎＰバッファー層
７０４ ＭＱＷ層
７０５ 導波路層
７０６ ＭＱＷ層
７０７ 回折格子層
７０８ Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層
７０９ ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層
７１０ ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層
７１１ ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層
７１２ ＲｕドープＩｎＰ層
７１３ 上部電極
７１４ ｐ型ＩｎＰクラッド層
７１５ ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
７１６ ｐ＋型ＩｎＧａＡｓコンタクト層
７１７ パッシベーション膜
７１８ 上部電極
８０１ 下部電極
８０２ ｐ型ＩｎＰ基板
８０３ ｐ型ＩｎＰバッファー層
８０４ Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層
８０５ ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層
８０６ ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層
８０７ ＲｕドープＩｎＰ層
８０８ 上部ｎ型ＩｎＰクラッド層
８０９ ｎ型ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層
８１０ 上部電極
８１１ ＭＱＷ層
８１２ 回折格子層
８１３ 反射鏡
８１４ 裏面レンズ
９０１ 下部電極
９０２ ｎ型ＩｎＰ基板
９０３ ｎ型ＩｎＰバッファー層
９０４ ＭＱＷ層
９０５ ｐ型ＩｎＰクラッド層
９０６ Ｒｕドープ半絶縁性埋め込み層
９０７ ＲｕドープＩｎＰ層
９０８ ＲｕドープＩｎＧａＰワイドギャップ層
９０９ ＲｕドープＩｎＧａＰ組成傾斜層
９１０ ＲｕドープＩｎＰ層
９１１ 上部電極

Claims (9)

  1. 半導体基板上にｎ型クラッド層、ｎ型ガイド層、活性層、ｐ型ガイド層、ｐ型クラッド層を有し、前記ｎ型クラッド層、前記ｎ型ガイド層、前記活性層、前記ｐ型ガイド層、前記ｐ型クラッド層のそれぞれの両側が半絶縁性半導体層で埋め込まれた半導体レーザ素子であって、前記半絶縁性半導体層にＲｕが添加されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
  2. 前記半絶縁性半導体層は、ＩｎＰ層、ＩｎＧａＰ組成傾斜層、ＩｎＧａＰ層の積層構造からなり、前記ＩｎＰ層、前記ＩｎＧａＰ組成傾斜層、前記ＩｎＧａＰ層のそれぞれに前記Ｒｕが添加されていることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
  3. 前記活性層およびクラッド層と前記ＩｎＰ層との間に、前記ＩｎＧａＰ層と前記ＩｎＧａＰ組成傾斜層とを設けたことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子。
  4. 前記ＩｎＧａＰ層と前記ＩｎＰ層の間に、前記ＩｎＧａＰ組成傾斜層を設けたことを特徴とする請求項２記載の半導体レーザ素子。
  5. 前記ＩｎＧａＰ層の膜厚は、臨界膜厚以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
  6. 端面発光型レーザ素子であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
  7. 裏面出射型レーザ素子であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
  8. 前記半導体基板の主面上に、さらに変調器部および導波路部が形成された変調器集積化光源であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
  9. 前記半導体基板の主面上に、入力した光の分離部、ＭＺ変調器部、および出力光の合波部が形成されたＭＺ変調器であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
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