JP2013229568A - Semiconductor optical device - Google Patents
Semiconductor optical device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013229568A JP2013229568A JP2013025149A JP2013025149A JP2013229568A JP 2013229568 A JP2013229568 A JP 2013229568A JP 2013025149 A JP2013025149 A JP 2013025149A JP 2013025149 A JP2013025149 A JP 2013025149A JP 2013229568 A JP2013229568 A JP 2013229568A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- type cladding
- inp
- optical device
- cladding layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、メサストライプ構造内に活性層を含む半導体光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor optical device including an active layer in a mesa stripe structure.
InP基板上の1.2μm〜1.6μm帯の高出力レーザ素子に、GaInAsP系の活性層をInPのクラッドで埋め込んだ埋め込みヘテロ構造(BH構造)が採用されている。半導体レーザの光損失の要因の1つとして、価電子帯間吸収が挙げられる。価電子帯間吸収の大きさは正孔密度に比例するため、p型クラッド層での価電子帯間吸収が、光損失に大きな影響を与える。 A buried heterostructure (BH structure) in which a GaInAsP-based active layer is buried with an InP clad is employed in a high-power laser element of a band of 1.2 μm to 1.6 μm on an InP substrate. One of the causes of optical loss of a semiconductor laser is absorption between valence bands. Since the magnitude of the valence band absorption is proportional to the hole density, the valence band absorption in the p-type cladding layer has a great influence on the optical loss.
下記の特許文献1に、光フィールドをn型クラッド側に偏在させた半導体レーザが開示されている。この半導体レーザでは、n型InP及びp型InPからなるクラッドが用いられる。n型クラッド層の一部に、n型GaInAsPからなる光フィールド制御層が挿入される。下記の特許文献2に開示された半導体レーザにおいては、n型クラッド層がGaInAsPで形成される。GaInAsPの屈折率は、InPの屈折率より大きいため、光フィールドがn型クラッド層の方に偏在する。
光フィールドをp型クラッド層からn型クラッド層の方に偏在させることにより、p型クラッド層内での価電子帯間吸収による光損失を低減させることができる。 By making the optical field unevenly distributed from the p-type cladding layer to the n-type cladding layer, it is possible to reduce optical loss due to valence band absorption in the p-type cladding layer.
本明細書で説明したシミュレーションにおいて、下記の非特許文献1及び非特許文献2に開示された化合物半導体の物性定数を用いた。
In the simulation described in this specification, the physical constants of compound semiconductors disclosed in
InPに格子整合する条件の下で、n型GaInAsPからなるクラッド層の屈折率が大きくなる組成にすると、そのバンドギャップエネルギーが小さくなる。n型クラッド層のバンドギャップエネルギーは、キャリアを活性層に閉じ込めるために、InPのバンドギャップエネルギーに近いことが好ましい。GaInAsPのバンドギャップエネルギーをInPのバンドギャップエネルギーに近づけると、InPとGaInAsPとの屈折率の差も小さくなる。n型クラッド層とp型クラッド層との屈折率差が小さいと、光フィールドをn型クラッド層側に偏在させるために、n型クラッド層を十分厚くしなければならない。例えば、特許文献2に開示された半導体レーザのn型クラッド層の厚さは7.5μmにされている。
If the composition is such that the refractive index of the cladding layer made of n-type GaInAsP is increased under the condition of lattice matching with InP, the band gap energy is reduced. The band gap energy of the n-type cladding layer is preferably close to the band gap energy of InP in order to confine carriers in the active layer. When the band gap energy of GaInAsP is made closer to the band gap energy of InP, the difference in refractive index between InP and GaInAsP is also reduced. If the refractive index difference between the n-type cladding layer and the p-type cladding layer is small, the n-type cladding layer must be made sufficiently thick in order to make the optical field unevenly distributed on the n-type cladding layer side. For example, the thickness of the n-type cladding layer of the semiconductor laser disclosed in
GaInAsPをこのような厚さに成膜すると、各元素の組成が目標の組成からずれ易
い。組成がずれると、格子定数が変動してしまう。格子定数が変動した領域が臨界膜厚を超えると、結晶欠陥が発生し易くなる。
When GaInAsP is formed in such a thickness, the composition of each element tends to deviate from the target composition. When the composition is shifted, the lattice constant varies. When the region where the lattice constant fluctuates exceeds the critical film thickness, crystal defects are likely to occur.
本発明の目的は、光フィールドをn型クラッド層側に偏在させ、かつ結晶欠陥の発生しにくい構造の半導体光素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor optical device having a structure in which an optical field is unevenly distributed on the n-type cladding layer side and crystal defects are hardly generated.
本発明の一観点によると、
InPからなる基板と、
活性層をn型クラッド層とp型クラッド層とで挟んだ積層構造を含み、前記基板の上に配置されたメサストライプ構造と、
前記メサストライプ構造の両側の前記基板の上に配置された電流阻止領域と、
前記活性層にキャリアを注入する一対の電極と
を有し、
前記n型クラッド層は、InPからなる前記基板に格子整合するAlGaInAs、またはInPからなる前記基板に格子整合するAlInAsからなる高屈折率層を含む半導体光素子が提供される。
According to one aspect of the invention,
A substrate made of InP;
A mesa stripe structure including a stacked structure in which an active layer is sandwiched between an n-type cladding layer and a p-type cladding layer, and disposed on the substrate;
A current blocking region disposed on the substrate on both sides of the mesa stripe structure;
A pair of electrodes for injecting carriers into the active layer;
The n-type cladding layer is provided with a semiconductor optical device including an AlGaInAs lattice-matched to the substrate made of InP or a high refractive index layer made of AlInAs lattice-matched to the substrate made of InP.
一例として、AlGaInAsからなる高屈折率層の厚さは160nm以上であり、AlInAsからなる高屈折率層の厚さは1200nm以上である。 As an example, the thickness of the high refractive index layer made of AlGaInAs is 160 nm or more, and the thickness of the high refractive index layer made of AlInAs is 1200 nm or more.
さらに、一例として、前記電流阻止領域は、少なくともn型InP系材料層とp型InP系材料層とを含む。前記n型InP系材料層と前記p型InP系材料層との上下関係が、前記メサストライプ構造の前記n型クラッド層と前記p型クラッド層との上下関係と逆である。ここでInP系材料とは、InP基板上に結晶成長可能な、InP、GaInAsP、AlGaInAs等のIn及びPを含む材料をさす。 Furthermore, as an example, the current blocking region includes at least an n-type InP-based material layer and a p-type InP-based material layer. The vertical relationship between the n-type InP-based material layer and the p-type InP-based material layer is opposite to the vertical relationship between the n-type cladding layer and the p-type cladding layer having the mesa stripe structure. Here, the InP-based material refers to a material containing In and P, such as InP, GaInAsP, and AlGaInAs, which can be grown on an InP substrate.
他の例として、電流阻止領域に半絶縁性InP系材料層を用いてもよい。半絶縁性InP系材料として、FeドープInP等の材料が挙げられる。 As another example, a semi-insulating InP-based material layer may be used in the current blocking region. Examples of the semi-insulating InP-based material include materials such as Fe-doped InP.
n型クラッド層が高屈折率層を含むため、光フィールドをp型クラッド層からn型クラッド層の方に偏在する。このため、p型クラッド層内での価電子帯間吸収に起因する光損失を抑制することができる。 Since the n-type cladding layer includes the high refractive index layer, the optical field is unevenly distributed from the p-type cladding layer to the n-type cladding layer. For this reason, the optical loss resulting from the absorption between valence bands in a p-type cladding layer can be suppressed.
[実施例1]
図1Aに、実施例1による半導体光素子20の例として半導体レーザの平面図を示す。長方形の平面形状を有する基板21の上に、一方向に長いメサストライプ構造30が形成されている。基板21及びメサストライプ構造30は、メサストライプ構造30の長手方向と交差する一対の端面を有する。一方の端面に高反射膜31が形成され、他方の端面に低反射膜32が形成されている。メサストライプ構造30内で誘導放出により発生したレーザビームが、低反射膜32から外部に放射される。なお、低反射膜32を無反射コーティングにすることにより、半導体光素子を、分布帰還型(DFB)レーザとして動作させることも可能である。他の例として、両端を無反射コーティングにすることにより、半導体光素子を、半導体光増幅器(SOA)として動作させることも可能である。
[Example 1]
FIG. 1A shows a plan view of a semiconductor laser as an example of the semiconductor
図1Bに、図1Aの一点鎖線1B−1Bにおける断面図を示す。n型InPからなる基板21の上に、メサストライプ構造30が形成されている。基板21の面方位は(100)である。メサストライプ構造30は、活性層24をn型クラッド層22とp型クラッド層26とで挟んだ積層構造を含む。実施例1では、n型クラッド層22が活性層24より基板側に配置される。
FIG. 1B is a cross-sectional view taken along one-
活性層24とn型クラッド層22との間に、n側の分離閉込ヘテロ構造(SCH)層23が配置され、活性層24とp型クラッド層26との間に、p側の分離閉込ヘテロ構造(SCH)層25が配置されている。n型クラッド層22は、n型AlGaInAsで形成され、p型クラッド層26は、p型InPで形成されている。n型クラッド層22を形成するAlGaInAsの各元素の組成比は、InPの基板21に格子整合するように選択されている。本明細書において、n側SCH層23、活性層24、及びp側SCH層25からなる積層構造を「コア層」35ということとする。コア層35の詳細な構造については、後に図2を参照して説明する。n型クラッド層22の基板側の一部分は、メサストライプ構造30の両側の領域にまで広がり、基板21の表面の全域を覆う。
An n-side isolation and confinement heterostructure (SCH)
メサストライプ構造30の両側の基板上に、それぞれ電流阻止領域40が配置されている。電流阻止領域40は、p型InP層41とn型InP層42とを含む。n型InP層42とp型InP層41との上下関係は、メサストライプ構造30のn型クラッド層22とp型クラッド層26との上下関係と逆である。実施例1においては、p型InP層41がn型InP層42の下に配置されている。
p型InP層41及びn型InP層42の代わりに、それぞれp型InP系材料層及びn型InP系材料層を用いてもよい。ここで、「InP系材料」とは、III族元素としてInを含み、V族元素としてPを含み、InP基板上にエピタキシャル成長可能な化合物半導体材料を意味する。InP系材料の例として、InP、GaInAsP等が挙げられる。
Instead of the p-
p型クラッド層26及び電流阻止領域40の上に、2層目のp型クラッド層27が配置されている。2層目のp型クラッド層27は、p型InPで形成される。2層目のp型クラッド層27の上に、p型GaInAsPまたはp型InGaAsからなるp型コンタクト層33が配置されている。p型コンタクト層33の上にp側電極28が形成されている。基板21の背面に、n側電極29が形成されている。p側電極28は、p型コンタクト層33にオーミックコンタクトし、n側電極29は、基板21にオーミックコンタクトする。
A second p-
メサストライプ構造30の厚さ方向に順方向バイアスが印加されるように、n側電極29及びp側電極28に直流電圧が印加される。このとき、電流阻止領域40のpn接合には逆方向バイアスが印加されるため、電流阻止領域40にはほとんど電流が流れない。このため、メサストライプ構造30に電流が集中し、活性層24へのキャリアの注入効率を高めることができる。
A DC voltage is applied to the n-
n型クラッド層22の屈折率がp型クラッド層26の屈折率より高い。このため、光フィールド45がp型クラッド層26からn型クラッド層22の方に偏在する。
The refractive index of the n-
図2に、コア層35の断面図を示す。活性層24が、n側SCH層23とp側SCH層25とで挟まれている。活性層24は、バリア層24Bと井戸層24Wとを含む多重量子井戸構造を有する。バリア層24Bと井戸層24Wとは交互に積層されており、積層方向の両端にバリア層24Bが配置される。バリア層24B及び井戸層24Wは、アンドープのAlGaInAsで形成されている。バリア層24Bのバンドギャップエネルギーが井戸層24Wのバンドギャップエネルギーより大きくなるように、構成元素の組成比が選択されている。なお、バリア層24BをアンドープのAlInAsで形成してもよい。
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the
n側SCH層23は、Al組成比が相互に異なる3層のアンドープのAlGaInAs層23A〜23Cで構成されている。n側SCH層23内のAlの組成比は、n型クラッド層22から活性層24に向かって、階段状に小さくなっている。Al組成比が相互に異なるAlGaInAs層を4層以上にしてもよい。または、n側SCH層23を、活性層24に向かってAl組成比が連続的に小さくなる構成としてもよい。p側SCH層25は、n側SCH層23を上下反転させた構造を有する。すなわち、p側SCH層25も、Al組成比の異なる3層のアンドープのAlGaInAs層25A〜25Cを含む。p側SCH層25内のAl組成比も、p型クラッド層26から活性層24に向かって階段状または連続的に小さくなる。
The n-
n側SCH層23及びp側SCH層25は、活性層24より大きいバンドギャップエネルギーを有し、キャリアを活性層24に閉じ込める。n側SCH層23及びp側SCH層25の屈折率は活性層24の屈折率より小さい。ただし、n側SCH層23及びp側SCH層25は、光を閉じ込めるための十分な厚さを有しないため、これらの層の光閉じ込め機能は小さい。光閉じ込め機能は、主としてn型クラッド層22及びp型クラッド層26で実現される。
The n-
実施例1では、n側SCH層23、活性層24、及びp側SCH層25にAlGaIn
Asを用いた例について説明するが、n側SCH層23、活性層24、及びp側SCH層25に、GaInAsPを用いることも可能である。
In Example 1, the n-
Although an example using As will be described, GaInAsP may be used for the n-
次に、図3A〜図3Dを参照して、実施例1による半導体光素子の製造方法について説明する。 Next, with reference to FIGS. 3A to 3D, a method for manufacturing a semiconductor optical device according to Example 1 will be described.
図3Aに示すように、n型InPからなる基板21の上に、n型クラッド層22、n側SCH層23、活性層24、p側SCH層25、及びp型クラッド層26を順番に堆積させる。これらの膜の堆積には、例えば有機金属化学気相成長(MOCVD)法等を適用することができる。p型クラッド層26の上にマスクパターン46を形成する。マスクパターン46は、メサストライプ構造30(図1A)に整合する平面形状を有する。以下の説明では、n側SCH層23、活性層24、及びp側SCH層25をまとめてコア層35と表記する。
As shown in FIG. 3A, an n-
図3Bに示すように、マスクパターン46をエッチングマスクとして用いて、p型クラッド層26から、n型クラッド層22の厚さ方向の途中までエッチングする。このエッチングには、ドライエッチングまたはウェットエッチングを適用することができる。このエッチングにより、n型クラッド層22、コア層35、及びp型クラッド層26を含むメサストライプ構造30が形成される。メサストライプ構造30の側面は、メサストライプ構造30の底部が頂部より広くなる向きに傾斜している。メサストライプ構造30は、いわゆる「順メサ構造」を有する。n型クラッド層22の基板側の一部分は、基板21の表面の全域に残存する。
As shown in FIG. 3B, etching is performed from the p-
図3Cに示すように、メサストライプ構造30の両側のn型クラッド層22の上に、p型InP層41及びn型InP層42を形成する。これにより、メサストライプ構造30の両側に埋め込まれた電流阻止領域40が形成される。p型InP層41及びn型InP層42の形成には、マスクパターン46をマスクとして用いた選択成長が適用される。電流阻止領域40を形成した後、マスクパターン46を除去する。
As shown in FIG. 3C, a p-
図3Dに示すように、メサストライプ構造30及び電流阻止領域40の上に、p型クラッド層27及びp型コンタクト層33を形成する。p型クラッド層27及びp型コンタクトう33の形成には、例えばMOCVD法が適用される。その後、図1Bに示したように、p側電極28及びn側電極29を形成する。メサストライプ構造30に直交する方向にへき開し、複数のレーザチップが横方向に並んだレーザバーの状態にする。このへき開により、レーザチップの端面が露出する。図1Aに示したように、レーザバーの露出した端面に、高反射膜31及び低反射膜32を形成し、p側電極28からn側電極29までの積層構造をレーザチップ単位に分割する。
As shown in FIG. 3D, the p-
図4及び図5を参照して、n型クラッド層22にAlGaInAsを用いることの効果について説明する。図4は、InPに格子整合する条件の下で、AlGaInAsとGaInAsPとの組成比を変化させたときのバンドギャップエネルギーと、約3600nmの波長域における屈折率との関係を示す。図5は、InPに格子整合する条件の下で、AlGaInAsとGaInAsPとの組成比を変化させたときのバンドギャップエネルギーと、1480nmの波長域における屈折率との関係を示す。1480nmの波長域におけるAlGaInAs及びGaInAsPの物性値として、上述の非特許文献1及び非特許文献2に開示されたものを用いた。波長1480nmのレーザ光源は、例えばエルビウムドープファイバ増幅器用のポンプレーザ光源として用いられる。
The effect of using AlGaInAs for the n-
図4及び図5の横軸は、バンドギャップエネルギーを単位「eV」で表し、縦軸は、屈折率を表す。図4及び図5に示した実線は、AlGaInAsの組成比を変化させたとき
のバンドギャップエネルギーと屈折率との関係を示し、破線は、GaInAsPの組成比を変化させたときのバンドギャップエネルギーと屈折率との関係を示す。
4 and 5, the horizontal axis represents the band gap energy in the unit “eV”, and the vertical axis represents the refractive index. The solid line shown in FIGS. 4 and 5 shows the relationship between the band gap energy and the refractive index when the composition ratio of AlGaInAs is changed, and the broken line shows the band gap energy when the composition ratio of GaInAsP is changed. The relationship with the refractive index is shown.
図4において、実線及び破線の左上の端点はInGaAsのバンドギャップエネルギー及び屈折率を示す。図4及び図5において、実線の右下の端点はAlInAsのバンドギャップエネルギー及び屈折率を示し、破線の右下の端点はInPのバンドギャップエネルギー及び屈折率を示す。活性層24の実効的な屈折率及びバンドギャップエネルギーは領域24Aの範囲内の値になる。すなわち、活性層24の屈折率は3.35〜3.4程度である。このバンドギャップエネルギー及び屈折率は、活性層にAlGaInAsを用いた場合、及びGaInAsPを用いた場合のいずれの構成でも実現可能である。AlGaInAsからなるn型クラッド層22のバンドギャップエネルギーと、InPからなるp型クラッド層27のバンドギャップエネルギーとがほぼ同一であるという条件の下では、AlGaInAsの組成比は領域22A内から選択される。このとき、n型クラッド層22の3600nmの波長域における屈折率は3.24程度(図4)であり、1480nmの波長域における屈折率は3.245程度(図5)である。
In FIG. 4, the upper left end points of the solid line and the broken line indicate the band gap energy and refractive index of InGaAs. 4 and 5, the lower right end point of the solid line shows the band gap energy and refractive index of AlInAs, and the lower right end point of the broken line shows the band gap energy and refractive index of InP. The effective refractive index and band gap energy of the
比較例として、n型クラッド層22を、InPに格子整合するGaInAsPで形成する場合について考察する。比較例では、n型クラッド層22のバンドギャップエネルギーを、InPからなるp型クラッド層26のバンドギャップエネルギーと同一にすることはできない。GaInAsPからなるn型クラッド層22のバンドギャップエネルギーを、InPのバンドギャップエネルギーに近い値にすると、GaInAsPとInPとの屈折率差が小さくなってしまう。両者の屈折率差が小さいと、光フィールドをp型クラッド層26からn型クラッド層22の方に偏在させる十分な効果が得られない。
As a comparative example, consider the case where the n-
GaInAsPからなるn型クラッド層22の屈折率を、実施例1の場合と同程度(図4の条件において3.24、図5の条件において3.245)にすると、そのバンドギャップエネルギーは、図4の条件のときには1.05eV程度、図5の条件のときには1.18eV程度まで狭くなってしまう。このように、n型クラッド層22をAlGaInAsで形成する場合には、GaInAsPで形成する場合に比べて、n型クラッド層22のバンドギャップエネルギーがInPのバンドギャップエネルギーに近いという条件の下で、n型クラッド層22の屈折率をp型クラッド層26の屈折率より十分大きくすることができる。
When the refractive index of the n-
n型クラッド層22の屈折率がp型クラッド層26の屈折率より十分大きくなると、光フィールドがn型クラッド層22の方に、より大きく偏在する。n型クラッド層22にGaInAsPを用いて、光フィールドを実施例1と同程度に偏在させるためには、n型クラッド層22を厚くしなければならない。n型クラッド層22にAlGaInAsを用いた場合には、GaInAsPを用いた場合に比べて、光フィールドを偏在させる効果を維持したまま、n型クラッド層22を薄くすることが可能である。
When the refractive index of the n-
上記実施例1では、n型クラッド層22をn型AlGaInAsからなる単一の層で形成したが、相互に組成の異なる複数の混晶半導体層で形成してもよい。このとき、少なくとも1つの層は、AlGaInAsを含む高屈折率層とする。この高屈折率層が、図1Bに示したAlGaInAsからなるn型クラッド層22と同じ機能を有する。すなわち、高屈折率層の屈折率は、p型クラッド層26の屈折率より高い。実施例1では、n型クラッド層22が、高屈折率層として機能する。
In the first embodiment, the n-
次に、図6A及び図6Bを参照して、実施例1の効果について具体的に説明する。活性層24にGaInAsP系半導体を用いた試料A(図6A)、及び活性層24にAlGaInAs系半導体を用いた試料B(図6A)の光フィールドの分布を、シミュレーション
により求めた。以下、シミュレーション結果について説明する。
Next, with reference to FIG. 6A and FIG. 6B, the effect of Example 1 is demonstrated concretely. The optical field distribution of sample A (FIG. 6A) using a GaInAsP-based semiconductor for the
図6Aに、シミュレーションの対象となる試料A及び試料Bの断面図を示す。基板21からp型クラッド層26までの基本的な積層構造は、実施例1による半導体光素子の積層構造(図1B)と同一である。なお、試料Cについては、後の実施例の説明で参照される。
FIG. 6A shows a cross-sectional view of a sample A and a sample B to be simulated. The basic laminated structure from the
試料Aにおいては、n型クラッド層22、n側SCH層23、活性層24、及びp側SCH層25は、GaInAsP系半導体で形成されている。活性層24の井戸層24Wの厚さは4nmであり、バリア層24Bの厚さは10nmである。バリア層24Bの組成波長は1.2μmである。ここで、「組成波長」とは、混晶半導体のバンドギャップエネルギーを光の波長で表したものであり、フォトルミネッセンス出力の光強度が最大値を示す波長に相当する。また、発振波長は1480nmに調節されている。
In the sample A, the n-
n側SCH層23は、基板側から順番に、組成波長が1.10μmで厚さが7nmのGaInAsP層、組成波長が1.15μmで膜厚が6nmのGaInAsP層、及び組成波長が1.2μmで膜厚が6nmのGaInAsP層が積層された3層構造を有する。p側SCH層25は、n側SCH層23を構成する3層の積層順を反転させた3層構造を有する。p型クラッド層26は不純物濃度7.0×1017cm−3のp型InPで形成されており、その厚さは500nmである。
In order from the substrate side, the n-
基板21とn側SCH層23との間に、n型GaInAsPからなるn型クラッド層22が挿入されている。n型クラッド層22が、光フィールドを偏在させる高屈折率層として機能する。
An n-
試料Bにおいては、n側SCH層23、活性層24、p側SCH層25がAlGaInAs系半導体で形成されている。各層の膜厚及び組成波長は、試料Aの対応する層の膜厚及び組成波長と同一である。基板21とn側SCH層23との間に、AlGaInAsからなるn型クラッド層22が挿入されている。n型クラッド層22が、光フィールドを偏在させる高屈折率層として機能する。
In sample B, the n-
図6Bに、シミュレーション結果を示す。横軸は、高屈折率層の厚さを単位「μm」で表し、縦軸は、p型クラッド層26への光の染み出し割合を単位「%」で表す。ここで、「p型クラッド層26への光の染み出し割合」とは、厚さ方向に関する1次元の光強度分布をグラフに表したとき、光強度分布の全面積のうち、p型クラッド層26内の部分の面積の割合を意味する。
FIG. 6B shows the simulation result. The horizontal axis represents the thickness of the high refractive index layer in the unit “μm”, and the vertical axis represents the ratio of the light oozing out to the p-
試料Aにおいて、高屈折率層(n型クラッド層22)を配置しない構成(図6Bにおいて高屈折率層の厚さが0の点)とすると、p型クラッド層26への光の染み出し割合は約47%になる。一例として、高屈折率層の厚さを7.5μmとすると、p型クラッド層26への光の染み出し割合は約22.5%になる。高屈折率層の厚さを7.5μmより厚くしても、p型クラッド層26への光の染み出し割合は、ほとんど低下しない。シミュレーション結果からわかるように、GaInAsP系半導体を用いた場合には、p型クラッド層26への光の染み出し割合を22.5%以下にすることが困難である。
If the sample A has a configuration in which the high refractive index layer (n-type cladding layer 22) is not disposed (the point where the thickness of the high refractive index layer is 0 in FIG. 6B), the rate of light leakage into the p-
試料Bのように、AlGaInAs系半導体を用いた場合には、高屈折率層の厚さを500nmとしたときに、p型クラッド層26への光の染み出し割合が約22.5%になる。高屈折率層を500nmより厚くすると、p型クラッド層26への光の染み出し割合は、さらに低下する。このように、試料Bにおいて、高屈折率層の厚さを500nmより厚くすることにより、p型クラッド層26への光の染み出し割合を、GaInAsP系半導
体を用いた試料Aの構成では実現困難であった値まで低くすることができる。AlGaInAsからなる高屈折率層の厚さを500nm以上にすることにより、高屈折率層としてGaInAsPを用いた構成では得られない格別の効果を得ることができる。
In the case of using an AlGaInAs-based semiconductor as in Sample B, when the thickness of the high refractive index layer is 500 nm, the rate of light leakage into the p-
試料A〜試料C(図6A)では、発振波長が1480nmに調整されていた。次に、発振波長が1600nmに調整されている試料について考察する。この試料の、活性層以外の積層構造は、試料Bの積層構造と同一である。活性層は、InGaAsからなる井戸層と、InPに格子整合するAlGaInAsからなるバリア層とを含む。井戸層の厚さは6nmであり、バリア層の厚さは10nmである。バリア層の組成波長は1.573μmである。 In Sample A to Sample C (FIG. 6A), the oscillation wavelength was adjusted to 1480 nm. Next, consider a sample whose oscillation wavelength is adjusted to 1600 nm. The laminated structure of the sample other than the active layer is the same as that of the sample B. The active layer includes a well layer made of InGaAs and a barrier layer made of AlGaInAs lattice-matched to InP. The thickness of the well layer is 6 nm, and the thickness of the barrier layer is 10 nm. The composition wavelength of the barrier layer is 1.573 μm.
n型クラッド層22として、バリア層と同一の組成のAlGaInAsが用いられている。この試料において、シミュレーションを行ったところ、n型クラッド層22の厚さが160nmのとき、p型クラッド層26への光の染み出し割合が22.5%であった。n型クラッド層22の厚さを160nm以上にすることにより、高屈折率層としてGaInAsPを用いた構成では得られない格別の効果を得ることができる。
As the n-
GaInAsPは、V族元素としてAsとPとの2種類を含むため、成長温度のばらつきに起因して、構成元素の組成比の面内ばらつきが大きくなりやすい。また、成長時に格子整合条件からずれ易いため、クラッド層として機能するような厚い膜を形成すると、厚さ方向に関しても組成の均一性が低下する。さらに、GaInAsPには、成長温度と組成との関係に、非混和領域が存在する。このため、安定した成長を行うことが困難である。 Since GaInAsP includes two types of As and P as group V elements, the in-plane variation in the composition ratio of the constituent elements tends to increase due to the variation in the growth temperature. In addition, since it is easy to deviate from the lattice matching condition during growth, the uniformity of the composition also decreases in the thickness direction when a thick film that functions as a cladding layer is formed. Furthermore, GaInAsP has an immiscible region in the relationship between the growth temperature and the composition. For this reason, it is difficult to perform stable growth.
これに対し、AlGaInAsは、V族元素としてAsしか含まない。このため、組成の面内ばらつきが生じにくく、厚さ方向に関しても組成の均一性を確保しやすい。さらに、AlGaInAsを用いることにより、成長温度と組成との関係における非混和領域の影響を軽減することができる。このため、安定した成長を行うことが可能である。 On the other hand, AlGaInAs contains only As as a group V element. For this reason, in-plane variation in composition is unlikely to occur, and it is easy to ensure composition uniformity in the thickness direction. Furthermore, by using AlGaInAs, the influence of the immiscible region in the relationship between the growth temperature and the composition can be reduced. For this reason, it is possible to perform stable growth.
Pを含む下地表面にAsを含む半導体層を成長させると、成長界面(以下、As/P界面という。)に欠陥が発生しやすい。この欠陥は光を吸収するため、光損失の要因になる。実施例1では、基板21とn型クラッド層22との界面がAs/P界面となる。これに対し、n型クラッド層22にGaInAsPを用いた場合には、n型クラッド層22とコア層35との界面がAs/P界面となる。上記実施例1による半導体光素子においては、n型クラッド層22にGaInAsPを用いた場合に比べて、As/P界面が活性層24から遠くなる。このため、As/P界面の欠陥に起因する光損失を低減することができる。
When a semiconductor layer containing As is grown on a base surface containing P, defects are likely to occur at a growth interface (hereinafter referred to as an As / P interface). This defect absorbs light and causes light loss. In Example 1, the interface between the
実施例1による半導体光素子は、例えばエルビウムドープファイバ増幅器用の励起用光源として使用される。この用途で使用する場合、活性層24のバリア層24Bと井戸層24W(図2)のAlGaInAsの構成元素の組成比は、発振波長が約1400nm以上1500nm未満の波長、一例として1480nmになるように選択される。その他に、実施例1による半導体光素子は、1.5μm帯等のフルバンドチューナブルレーザモジュール等の信号光源に適用することができる。実施例1による半導体光素子を信号光源として用いる場合には、発振波長が1250nm以上1620nm未満になるように、活性層24の組成比が選択される。
The semiconductor optical device according to Example 1 is used as an excitation light source for an erbium-doped fiber amplifier, for example. When used in this application, the composition ratio of the constituent elements of AlGaInAs in the
さらに、実施例1では、メサストライプ構造30(図1B)の両側に、InPより屈折率の高いAlGaInAsからなるn型クラッド層22が広がっている。このため、横方向に関して、メサストライプ構造30内の領域と、それよりも外側の領域との屈折率差が
小さくなる。その結果、高次横モードのカットオフメサ幅が広くなる。例えば、メサストライプ構造30の頂部の幅を3μm以上にしても、高次横モードの発生を抑制し、単一モードで発振させることができる。メサ幅を広くすることにより、素子抵抗を低減させることが可能になる。
Furthermore, in Example 1, the n-
図7に、実施例1の変形例による半導体光素子の断面図を示す。この変形例では、電流阻止領域40に、単層の半絶縁性InP系材料層が用いられる。半絶縁性InP系材料として、例えばFeドープInPが挙げられる。
FIG. 7 shows a cross-sectional view of a semiconductor optical device according to a modification of the first embodiment. In this modification, a single-layer semi-insulating InP-based material layer is used for the
[実施例2]
図8に、実施例2による半導体光素子の断面図を示す。以下、実施例1との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例1では、図1Bに示したように、n型クラッド層22の基板側の一部分が、基板21の表面の全域に配置されていた。実施例2では、n型クラッド層22の底面が、メサストライプ構造30の両側の電流阻止領域40の底面より高い位置に配置されている。すなわち、メサストライプ構造30の両側には、n型クラッド層22が広がっていない。
[Example 2]
FIG. 8 is a sectional view of a semiconductor optical device according to the second embodiment. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted. In Example 1, as shown in FIG. 1B, a part of the n-
n型クラッド層22の構成元素の組成比は、バンドギャップエネルギーが約1.1eV(図4及び図5において、領域22B内の値)になるように選択される。バンドギャップエネルギーが1.1eVのときのAlGaInAsの屈折率は、3600nmの波長域で約3.3であり、1480nmの波長域で3.33である。実施例1のn型クラッド層22の屈折率は、3600nmの波長域で約3.24、1480nmの波長域で3.245であった。実施例2のn型クラッド層22の屈折率が、実施例1のn型クラッド層22の屈折率より高いため、n型クラッド層22を薄くしても、光フィールドを偏在させる十分な効果を得ることができる。
The composition ratio of the constituent elements of the n-
実施例1では、n型クラッド層22の厚さを約2.5μmとした。実施例2では、n型クラッド層22の屈折率が3.33のとき、その厚さを1.5μmまで薄くしても、実施例1と同程度に光フィールドを偏在させることができる。
In Example 1, the thickness of the n-
また、実施例1では、図3Bに示した製造途中段階で、Alを含むn型クラッド層22が基板表面の全域に露出する。AlGaInAsの(100)面には活性ボンドが多いため、露出した表面が酸化されやすい。このため、図3Cに示した電流阻止領域40の埋め込み成長を行う前に、成長の下地となるn型クラッド層22の表面の十分なクリーニング処理を行うことが好ましい。実施例2では、電流阻止領域40を再成長させるときの下地に、n型InPからなる基板21が露出している。このため、高品質な埋め込み成長を行うことができる。
Further, in Example 1, the n-type clad
メサストライプ構造30の側面にAlGaInAsからなるn型クラッド層22が露出するが、この露出面には、(100)面に比べて活性ボンドが少ない。従って、埋め込み成長の十分な品質を維持することができる。さらに、不純物が混入しにくいため、半導体光素子の特性及び信頼性を高めることができる。
The n-
また、図2に示したように、n側SCH層23及びp側SCH層25のAl組成比が、クラッド層から活性層24に向かって低くなっている。このため、図8に示したメサストライプ構造30の側面に露出した領域のうち、活性層24の近傍の酸化が抑制される。活性層24の近傍において、酸化による欠陥が発生しにくいため、光損失を低減することができる。
Further, as shown in FIG. 2, the Al composition ratio of the n-
[実施例3]
図9に、実施例3による半導体光素子の断面図を示す。以下、図8に示した実施例2との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例2では、電流阻止領域40が、p型InP層41とn型InP層42との2層で構成されていた。実施例3では、電流阻止領域40が、この2層の他にAlGaInAs層43を含む。図9は、n型AlGaInAs層43を、p型InP層41とn型InP層42との間に配置した例を示している。AlGaInAs層43は、電流阻止領域40内の他の位置に挿入してもよい。例えば、p型InP層41と基板21との間に挿入してもよい。この構成の場合には、AlGaInAsの導電型をp型とする。また、n型InP層42の上にn型AlGaInAs層43を配置してもよい。AlGaInAs層43は、メサストライプ構造30内のn型AlGaInAsからなるn型クラッド層22よりも薄いか、またはn型クラッド層22と同じ厚さである。
[Example 3]
FIG. 9 shows a cross-sectional view of a semiconductor optical device according to the third embodiment. Hereinafter, differences from the second embodiment shown in FIG. 8 will be described, and description of the same configuration will be omitted. In Example 2, the
実施例3では、メサストライプ構造30の両側に、InPより屈折率の高いAlGaInAs層43が配置されている。このため、実施例2に比べて、横方向に関する屈折率差が低減される。このため、高次横モードのカットオフメサ幅が広くなる。すなわち、メサストライプ構造30の頂部のメサ幅Wを広くしても、シングルモードで発振させることができる。実施例2に比べて、メサ幅Wを広くすることができるため、素子抵抗を低減させることが可能になる。
In Example 3, the AlGaInAs layers 43 having a higher refractive index than InP are disposed on both sides of the
[実施例4]
図10に、実施例4による半導体光素子の断面図を示す。以下、図8に示した実施例2との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例2では、基板21にn型InPを用いたが、実施例4では、基板21にp型InPを用いる。p型InPからなる基板21は、p型クラッド層を兼ねる。コア層35の上に、n型AlGaInAsからなるn型クラッド層50が配置されている。メサストライプ構造30は、p型InPからなる基板21の一部分、コア層35、及びn型クラッド層50を含む。電流阻止領域40を構成するn型InP層とp型InP層との上下関係が、実施例2の電流阻止領域40(図8)のn型InP層42とp型InP層41との上下関係とは逆である。
[Example 4]
FIG. 10 is a sectional view of a semiconductor optical device according to the fourth embodiment. Hereinafter, differences from the second embodiment shown in FIG. 8 will be described, and description of the same configuration will be omitted. In the second embodiment, n-type InP is used for the
n型クラッド層50と電流阻止領域40との上に、n型InPからなる2層目のn型クラッド層51が配置されている。n型クラッド層51の上に、n型GaInAsPまたはn型GaInAsからなるn型コンタクト層54が形成されている。n型コンタクト層54の上に、n側電極52が形成されている。基板21の背面にp側電極53が形成されている。
A second n-
実施例4においても、n型クラッド層50の屈折率がp型クラッド層(p型InPからなる基板21)の屈折率より高い。このため、光フィールドをp型クラッド層(基板21)からn型クラッド層50の方(基板21から遠ざかる方)に偏在させることができる。
Also in Example 4, the refractive index of the n-
[実施例5]
図11に、実施例5による半導体光素子の断面図を示す。以下、図10に示した実施例4との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例5においては、図9に示した実施例3と同様に、電流阻止領域40内にp型AlGaInAs層55が挿入されている。一例として、基板側のn型InP層と上側のp型InP層との間にp型AlGaInAs層55が配置されている。
[Example 5]
FIG. 11 is a sectional view of a semiconductor optical device according to the fifth embodiment. Hereinafter, differences from the fourth embodiment shown in FIG. 10 will be described, and description of the same configuration will be omitted. In the fifth embodiment, a p-
実施例5においては、実施例3の場合と同様に、高次横モードのカットオフメサ幅が広くなる。実施例4に比べて、メサ幅Wを広くすることができるため、素子抵抗を低減させることが可能になる。 In the fifth embodiment, similarly to the third embodiment, the cut-off mesa width in the high-order transverse mode is widened. Compared to the fourth embodiment, the mesa width W can be increased, so that the element resistance can be reduced.
[実施例6]
図12を参照して、実施例6による半導体光素子について説明する。以下、実施例1との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
[Example 6]
A semiconductor optical device according to Example 6 will be described with reference to FIG. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
図12に、実施例6による半導体光素子の断面図を示す。実施例1では、n型クラッド層22がn型AlGaInAsで形成されていたが、実施例6では、n型クラッド層22がn型AlInAsで形成されている。n型AlInAsからなるn型クラッド層22が、光フィールド45をp型クラッド層26からn型クラッド層22側に偏在させるための高屈折率層として機能する。
FIG. 12 is a sectional view of a semiconductor optical device according to the sixth embodiment. In Example 1, the n-
n型クラッド層22にAlInAsを用いると、n型クラッド層22にAlGaInAsを用いた実施例1と比べて、n型クラッド層22とInPからなるp型クラッド層26との屈折率差が小さくなる(図4及び図5参照)。このため、p型クラッド層26への光の染み出し割合を小さくするという効果は、実施例1に比べて低くなる。
When AlInAs is used for the n-
図6A及び図6Bを参照して、実施例6による半導体光素子の効果について説明する。実施例6に対応する試料Cについて、シミュレーションを行った。試料Cにおいては、試料Bのn型クラッド層22の材料がn型AlGaInAsからn型AlInAsに変更されている。図6Bに示すように、n型クラッド層22にn型AlInAsを用いた場合でも、試料Aに比べて、p型クラッド層26への光の染み出し割合を低くすることが可能である。
With reference to FIGS. 6A and 6B, effects of the semiconductor optical device according to Example 6 will be described. A simulation was performed for Sample C corresponding to Example 6. In the sample C, the material of the n-
試料Cの場合には、高屈折率層(n型クラッド層22)の厚さを1200nmより厚くすることにより、p型クラッド層26への光の染み出し割合を、GaInAsP系半導体を用いた試料Aの構成では実現困難であった値まで低くすることができる。
In the case of sample C, the thickness of the high refractive index layer (n-type clad layer 22) is made thicker than 1200 nm, so that the rate of light leakage into the p-type clad
AlInAsは、AlGaInAsと同様に、V族元素としてAsの1種類しか含まない。このため、実施例1の場合と同様に、n型クラッド層22にGaInAsPを用いる場合に比べて、n型クラッド層22の組成比の面内のばらつきを小さくすることができる。AlGaInAsは、III族元素として3種類の元素を含むが、AlInAsは、III族元素として2種類の元素しか含まない。このため、実施例6においては、n型クラッド層22にAlGaInAsを用いる場合に比べて、n型クラッド層22の組成比の面内ばらつきを、さらに小さくすることができる。
AlInAs, like AlGaInAs, contains only one type of As as a group V element. For this reason, as in the case of Example 1, in-plane variation in the composition ratio of the n-
n型クラッド層22にAlInAsを用いた実施例6では、n型クラッド層22にAlGaInAsを用いた実施例1と同等の効果を得るために、n型クラッド層22、すなわち高屈折率層を厚くしなければならない。ただし、AlInAsを用いる場合には、組成比の面内ばらつきを小さくすることができるため、AlGaInAsに比べて容易に厚い膜を形成することができる。このため、AlInAsからなるn型クラッド層22を、実施例1のAlGaInAsからなるn型クラッド層22より厚くすることは、実施例6の構成を採用することの阻害要因にはならない。
In Example 6 in which AlInAs is used for the n-
[実施例7]
図13A及び図13Bを参照して、実施例7による半導体光素子について説明する。以下、実施例1との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
[Example 7]
A semiconductor optical device according to Example 7 will be described with reference to FIGS. 13A and 13B. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
図13Aに、実施例1の図3Bに示したエッチング工程終了時点に対応する半導体光素子の断面図を示す。実施例1では、メサストライプ構造30の側方において、n型クラッド層22が、その厚さ方向の途中までエッチングされていた。これに対し、実施例7では、メサストライプ構造30の側方において、コア層35がその底面までエッチングされて
おり、n型クラッド層22の上面でエッチングが停止している。
FIG. 13A shows a cross-sectional view of the semiconductor optical device corresponding to the end of the etching process shown in FIG. 3B of the first embodiment. In Example 1, the n-
図13Bに、実施例7による半導体光素子の断面図を示す。実施例7においては、コア層35の直下におけるn型クラッド層22の上面と、電流阻止領域40の下におけるn型クラッド層22の上面とが、ほぼ同一の高さになる。実施例7においても、コア層35の直下に、p型クラッド層26よりも屈折率の高いn型クラッド層22が配置されているため、実施例1と同様に、p型クラッド層26への光の染み出し割合を小さくすることができる。
FIG. 13B shows a sectional view of the semiconductor optical device according to the seventh embodiment. In the seventh embodiment, the upper surface of the n-
実施例7においても、実施例6と同様に、n型クラッド層22をn型AlInAsで形成してもよい。
Also in Example 7, as in Example 6, the n-
上記実施例1〜実施例8では、高屈折率層として、n型AlGaInAsまたはn型AlInAsを用いた。その他の構成例として、高屈折率層を、n型AlGaInAs層とn型AlInAsとが交互に積層された積層構造、n型InP層とn型AlGaInAs層とが交互に積層された積層構造、またはn型InP層とn型AlInAs層とが交互に積層された積層構造としてもよい。高屈折率層を構成する各層の厚さ、及び積層数は、高屈折率層に求められる実効屈折率と厚さに基づいて、任意に設定することができる。 In the said Example 1- Example 8, n-type AlGaInAs or n-type AlInAs was used as a high refractive index layer. As another configuration example, the high refractive index layer is a stacked structure in which n-type AlGaInAs layers and n-type AlInAs are alternately stacked, a stacked structure in which n-type InP layers and n-type AlGaInAs layers are alternately stacked, or A stacked structure in which n-type InP layers and n-type AlInAs layers are alternately stacked may be employed. The thickness of each layer constituting the high refractive index layer and the number of stacked layers can be arbitrarily set based on the effective refractive index and thickness required for the high refractive index layer.
[実施例8]
図14A及び図14Bを参照して、実施例8による半導体光素子について説明する。以下、実施例7との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。
[Example 8]
A semiconductor optical device according to Example 8 will be described with reference to FIGS. 14A and 14B. Hereinafter, differences from the seventh embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted.
図14Aに、実施例7の図13Aに示したエッチング工程終了時点に対応する半導体光素子の断面図を示す。実施例8では、n型クラッド層22の上にn型InPからなる中間層36が形成されている。コア層35は、中間層36の上に配置されている。中間層36の厚さは、例えば3nm〜20nmである。
FIG. 14A shows a cross-sectional view of the semiconductor optical device corresponding to the end of the etching step shown in FIG. In Example 8, an
コア層35のエッチングレートが中間層36のエッチングレートより高い条件で、コア層35をエッチングする。このエッチング条件でエッチングを行うと、中間層36がエッチングストッパとして機能する。このため、エッチングの深さのばらつきを低減することができる。
The
図14Bに、実施例8による半導体光素子の断面図を示す。メサストライプ構造30の両側の中間層36の上に、電流阻止領域40が形成されている。コア層35のエッチング終了時点で、n型AlGaInAsからなるn型クラッド層22が中間層36で保護されており、露出していない。一般的に、Alを含む半導体層は酸化されやすい。実施例8では、コア層35のエッチング後も、Alを含むn型クラッド層22が露出しないため、n型クラッド層22の酸化を防止することができる。n型クラッド層22として、実施例1と同様にn型AlGaInAsを用いてもよいし、実施例6と同様にn型AlInAsを用いてもよい。
FIG. 14B shows a sectional view of a semiconductor optical device according to Example 8. A
さらに、実施例8では、InPからなる中間層36の上に、InPからなる電流阻止領域40が再成長される。電流阻止領域40を再成長させるときの下地表面が、電流阻止領域40の組成と同一であるため、良好な再成長界面を得ることができる。これにより、半導体光素子の信頼性及び歩留りが向上する。
Furthermore, in Example 8, the
実施例8では、中間層36をn型のInPで形成したが、アンドープのInPで形成してもよい。中間層36をアンドープにする場合には、素子抵抗の増加を抑制するために、中間層36の厚さを数nm以下にすることが好ましい。
In the eighth embodiment, the
[実施例9]
図15A及び図15Bを参照して、実施例9による半導体光素子について説明する。以下、実施例8との相違点について説明し、同一の構成については説明を省略する。実施例9では、実施例8の図14Aに示したエッチング工程の後、メサストライプ構造30の両側に露出した中間層36をエッチングする。
[Example 9]
A semiconductor optical device according to Example 9 will be described with reference to FIGS. 15A and 15B. Hereinafter, differences from the eighth embodiment will be described, and description of the same configuration will be omitted. In Example 9, after the etching process shown in FIG. 14A of Example 8, the
図15Aに、中間層36をエッチングした後の半導体光素子の断面図を示す。コア層35の下に中間層36が残り、メサストライプ構造30の両側にn型クラッド層22が露出する。中間層36のエッチングは、AlGaInAsからなるコア層35に対してInPを選択的にエッチングすることが可能な条件で行われる。例えば、ドライエッチングが適用される。このエッチング時に、p型クラッド層26の側面がエッチング雰囲気に晒されるが、中間層36が、メサストライプ構造30の幅に比べて十分薄いため、p型クラッド層26の側面のエッチングは無視できる程度である。
FIG. 15A shows a cross-sectional view of the semiconductor optical device after the
図15Bに、実施例8による半導体光素子の断面図を示す。メサストライプ構造30の両側に露出したn型クラッド層22の上に、電流阻止領域40が形成される。実施例9による製造方法では、図15Aに示した中間層36のエッチング開始から、電流阻止領域40の形成終了までは、n型クラッド層22の表面が大気に暴露されない。このため、n型クラッド層22の酸化を防止することができる。
FIG. 15B shows a cross-sectional view of the semiconductor optical device according to the eighth embodiment. A
以下、n型クラッド層22の表面が大気に暴露されない状態で、製造途中段階の半導体光素子を取り扱う方法の例について説明する。メサストライプ構造30の両側に中間層36が露出した状態の基板を、電流阻止領域40を形成するための有機金属化学気相成長(MOCVD)装置のチャンバ内に装填する。このチャンバ内に、CBr4等のエッチングガスを導入することにより、中間層36を選択的にエッチングする。中間層36のエッチングガスとして、CBr4以外に、AlGaInAsに対してInPを選択的にエッチングすることが可能なガスを用いることも可能である。中間層36をエッチングした後、同一のチャンバ内で電流阻止領域40の選択成長を行う。
Hereinafter, an example of a method for handling a semiconductor optical device in the middle of manufacturing in a state where the surface of the n-
中間層36のエッチング用のチャンバと、電流阻止領域40の成膜用のチャンバとを別々に配置し、真空排気可能な搬送チャンバを介して両者を連結した装置を用いてもよい。
An apparatus in which the chamber for etching the
実施例9においては、電流阻止領域40を再成長させる下地表面の酸化が防止されるため、電流阻止領域40の良好な結晶成長が可能である。
In the ninth embodiment, since oxidation of the base surface for re-growing the
[実施例10]
図16に、実施例10による半導体装置の断面図を示す。実施例10による半導体装置は、例えばエルビウムドープ光ファイバ増幅器の励起用光源として使用される。セラミックス製のパッケージ60の底面に、温度調整モジュール61が搭載されている。温度調整モジュール61には、例えばペルチェ素子が用いられる。温度調整モジュール61の上にベース62が固定されている。
[Example 10]
FIG. 16 is a sectional view of a semiconductor device according to the tenth embodiment. The semiconductor device according to Example 10 is used, for example, as a pumping light source for an erbium-doped optical fiber amplifier. A
ベース62に、ヒートシンク63、レンズ66、アイソレータ67、及びフォトディテクタ70が固定されている。ヒートシンク63に、半導体光素子64及びサーミスタ65が搭載されている。半導体光素子64には、上記実施例1〜実施例9のいずれかの半導体光素子が用いられる。パッケージ60の側面に貫通孔が形成されており、この貫通孔内に、レンズ68、及び光ファイバ69の入射端が固定されている。
A
温度調整モジュール61は、ヒートシンク63を介して半導体光素子64の温度を調節
する。一般的には、半導体光素子64が温度調整モジュール61によって冷却される。なお、温度調整モジュール61を省略し、ヒートシンク63からの自然放熱により半導体光素子64を冷却してもよい。ヒートシンク63は、放熱フィンが設けられた外形を有するものに限定されない。例えば、熱伝導率の高い金属板をヒートシンク63として用いることも可能である。半導体光素子64から出射したレーザビームが、レンズ66でコリメートされる。コリメートされたレーザビームが、アイソレータ67を経由してレンズ68に入射する。レンズ68は、入射したレーザビームを、光ファイバ69の入射端面に集光する。サーミスタ65は、ヒートシンク63を介して、半導体光素子64の動作中の温度を計測する。半導体光素子64の高反射膜から漏れたレーザビームが、フォトディテクタ70で検出される。
The
図17A〜図17Eに、それぞれ実施例1〜実施例9の半導体光素子64をヒートシンク63に搭載した時のヒートシンク63及び半導体光素子64の断面図を示す。実施例1〜実施例3、実施例6〜実施例9の半導体光素子64の実装形態は、ジャンクションダウンである。これに対し、実施例4及び実施例5の半導体光素子64の実装形態は、ジャンクションアップである。
17A to 17E are sectional views of the
いずれの場合も、コア層35から見て、n型クラッド層22、50が、ヒートシンク63とは反対側に位置する姿勢で、半導体光素子64がヒートシンク63に実装される。通常、三元または四元混晶半導体は、InP等の二元化合物半導体よりも熱伝導率が低い。図17A〜図17Eに示した実装形態では、発熱源である活性層24とヒートシンク63との間に、三元または四元混晶半導体のn型クラッド層22、50が配置されない。すなわち、一対の電極のうち、活性層24から見てn型クラッド層22、50とは反対側の電極が、温度調整モジュール61(図16)に熱的に結合している。この構成により、活性層24を効率的に冷却することができる。
In any case, the semiconductor
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
20 半導体光素子
21 基板
22 n型クラッド層
23 n側分離閉じ込めヘテロ構造層(n側SCH層)
24 活性層
24B バリア層
24W 井戸層
25 p側分離閉じ込めヘテロ構造層(p側SCH層)
26 p型クラッド層
27 2層目のp型クラッド層
28 p側電極
29 n側電極
30 メサストライプ構造
31 高反射膜
32 低反射膜
33 p型コンタクト層
35 コア層
36 中間層
40 電流阻止領域
41 p型InP層
42 n型InP層
43 AlGaInAs層
45 光フィールド
46 マスクパターン
50 n型クラッド層
51 2層目のn型クラッド層
52 n側電極
53 p側電極
55 AlGaInAs層
54 n型コンタクト層
60 パッケージ
61 温度調整モジュール
62 ベース
63 ヒートシンク
64 半導体光素子
65 サーミスタ
66 レンズ
67 アイソレータ
68 レンズ
69 光ファイバ
70 フォトディテクタ
20
24
26 p-
Claims (19)
多重量子井戸構造を有する活性層をn型クラッド層とp型クラッド層とで挟んだ積層構造を含み、前記基板の上に配置されたメサストライプ構造と、
前記メサストライプ構造の両側の前記基板の上に配置された電流阻止領域と、
前記活性層にキャリアを注入する一対の電極と
を有し、
前記n型クラッド層は、InPからなる前記基板に格子整合するAlGaInAs、またはInPからなる前記基板に格子整合するAlInAsからなる高屈折率層を含む半導体光装置。 A substrate made of InP;
A mesa stripe structure including a stacked structure in which an active layer having a multiple quantum well structure is sandwiched between an n-type cladding layer and a p-type cladding layer, and disposed on the substrate;
A current blocking region disposed on the substrate on both sides of the mesa stripe structure;
A pair of electrodes for injecting carriers into the active layer;
The semiconductor optical device, wherein the n-type cladding layer includes an AlGaInAs lattice-matched to the substrate made of InP, or a high refractive index layer made of AlInAs lattice-matched to the substrate made of InP.
前記活性層と前記n型クラッド層との間に配置されたn側分離閉じ込めヘテロ層と、
前記活性層と前記p型クラッド層との間に配置されたp側分離閉じ込めヘテロ層と
を有し、
前記n側分離閉じ込めヘテロ層及び前記p側分離閉じ込めヘテロ層の各々は、AlGaInAsを含み、前記活性層に向かってAl組成比が連続的に、または階段状に小さくなっている請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体光装置。 further,
An n-side separate confinement heterolayer disposed between the active layer and the n-type cladding layer;
A p-side isolation and confinement heterolayer disposed between the active layer and the p-type cladding layer;
Each of the n-side isolation and confinement heterolayer and the p-side isolation and confinement heterolayer contains AlGaInAs, and the Al composition ratio decreases continuously or stepwise toward the active layer. The semiconductor optical device according to any one of the above.
前記一対の電極の一方は前記基板の背面に形成され、他方は前記メサストライプ構造の上に形成されており、
前記一対の電極のうち、前記活性層から見て前記n型クラッド層とは反対側の電極が、前記ヒートシンクに熱的に結合している請求項1乃至13のいずれか1項に記載の半導体光装置。 In addition, it has a heat sink,
One of the pair of electrodes is formed on the back surface of the substrate, and the other is formed on the mesa stripe structure,
14. The semiconductor according to claim 1, wherein, of the pair of electrodes, an electrode opposite to the n-type cladding layer as viewed from the active layer is thermally coupled to the heat sink. Optical device.
さらに、
入射端面を有する光ファイバと、
前記一対の端面の一方から出射したレーザビームを、前記光ファイバの前記入射端面に結合させるレンズと
を有する請求項1乃至14のいずれか1項に記載の半導体光装置。 The substrate and the mesa stripe structure include a pair of end faces intersecting with a longitudinal direction of the mesa stripe structure,
further,
An optical fiber having an incident end face;
The semiconductor optical device according to claim 1, further comprising a lens that couples a laser beam emitted from one of the pair of end faces to the incident end face of the optical fiber.
前記積層構造の一部分を、少なくとも前記活性層の底面までエッチングして、前記活性層を含むメサストライプ構造を残す工程と、
前記メサストライプ構造の両側の前記基板の上に電流阻止領域を形成する工程と、
前記活性層にキャリアを注入する一対の電極を形成する工程と
を有し、
前記n型クラッド層は、InPからなる前記基板に格子整合するAlGaInAs、またはInPからなる前記基板に格子整合するAlInAsからなる高屈折率層を含む半導体光装置の製造方法。 Forming a laminated structure in which an active layer is sandwiched between an n-type cladding layer and a p-type cladding layer on a substrate made of InP;
Etching a portion of the stacked structure to at least the bottom surface of the active layer to leave a mesa stripe structure including the active layer;
Forming a current blocking region on the substrate on both sides of the mesa stripe structure;
Forming a pair of electrodes for injecting carriers into the active layer,
The method of manufacturing a semiconductor optical device, wherein the n-type clad layer includes AlGaInAs lattice-matched to the substrate made of InP or AlInAs lattice-matched to the substrate made of InP.
前記メサストライプ構造を残す工程において、前記中間層が露出するまで前記活性層をエッチングし、
前記メサストライプ構造を残す工程の後、前記電流阻止領域を形成する工程の前に、さらに、前記メサストライプ構造の両側に露出した前記中間層をエッチングする工程を有し、
前記中間層のエッチング後、露出した表面を大気に暴露させることなく、前記電流阻止領域を形成する請求項16乃至18のいずれか1項に記載の半導体光装置の製造方法。 The step of forming the laminated structure includes a step of forming an intermediate layer made of InP between the active layer and the layer disposed on the substrate side of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer. ,
In the step of leaving the mesa stripe structure, the active layer is etched until the intermediate layer is exposed,
Etching the intermediate layer exposed on both sides of the mesa stripe structure after the step of leaving the mesa stripe structure and before the step of forming the current blocking region,
The method of manufacturing a semiconductor optical device according to claim 16, wherein the current blocking region is formed without exposing the exposed surface to the atmosphere after etching the intermediate layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013025149A JP2013229568A (en) | 2012-03-27 | 2013-02-13 | Semiconductor optical device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012070531 | 2012-03-27 | ||
JP2012070531 | 2012-03-27 | ||
JP2013025149A JP2013229568A (en) | 2012-03-27 | 2013-02-13 | Semiconductor optical device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013229568A true JP2013229568A (en) | 2013-11-07 |
Family
ID=49676876
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013025149A Pending JP2013229568A (en) | 2012-03-27 | 2013-02-13 | Semiconductor optical device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013229568A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016015418A (en) * | 2014-07-02 | 2016-01-28 | 浜松ホトニクス株式会社 | Semiconductor laser element |
JP2018101752A (en) * | 2016-12-21 | 2018-06-28 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor optical element and method for manufacturing the same |
CN113113519A (en) * | 2021-03-26 | 2021-07-13 | 武汉光迅科技股份有限公司 | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
-
2013
- 2013-02-13 JP JP2013025149A patent/JP2013229568A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016015418A (en) * | 2014-07-02 | 2016-01-28 | 浜松ホトニクス株式会社 | Semiconductor laser element |
JP2018101752A (en) * | 2016-12-21 | 2018-06-28 | 住友電気工業株式会社 | Semiconductor optical element and method for manufacturing the same |
CN113113519A (en) * | 2021-03-26 | 2021-07-13 | 武汉光迅科技股份有限公司 | Semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
USRE45973E1 (en) | Semiconductor optical amplifier | |
JP6801416B2 (en) | Quantum cascade semiconductor laser | |
JP5628008B2 (en) | Semiconductor device, semiconductor optical device, and semiconductor integrated device | |
US20090219967A1 (en) | Semiconductor optical device | |
JP2015015396A (en) | Optical semiconductor element | |
JP2016031970A (en) | Optical semiconductor device | |
US9595811B2 (en) | Quantum cascade semiconductor laser | |
US8385379B2 (en) | Optical semiconductor device and pumping light source for optical fiber amplifier | |
US9246308B2 (en) | Quantum cascade laser | |
JP2015226045A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2013229568A (en) | Semiconductor optical device | |
JP5653609B2 (en) | Optical semiconductor device, pumping light source for optical fiber amplifier, and method of manufacturing optical semiconductor device | |
JP2010021430A (en) | Semiconductor photonic element | |
JP6737158B2 (en) | Quantum cascade semiconductor laser | |
JP2018006590A (en) | Optical semiconductor element | |
JP2014154797A (en) | Semiconductor optical device | |
JP2014154798A (en) | Semiconductor laser element and laser module | |
JP2012119408A (en) | Semiconductor element, semiconductor optical element, and semiconductor integrated element | |
JP2019102585A (en) | Optical device | |
JP2006186400A (en) | Semiconductor laser apparatus | |
US20040119080A1 (en) | Semiconductor optical device | |
JPH0945989A (en) | Semiconductor laser element | |
US11196232B2 (en) | Modulation doped semiconductor laser and manufacturing method therefor | |
JP7296845B2 (en) | MODULATION DOPED SEMICONDUCTOR LASER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF | |
JP2004111743A (en) | Semiconductor optical device |