JP2550714B2 - High-resistance semiconductor layer embedded semiconductor laser - Google Patents

High-resistance semiconductor layer embedded semiconductor laser

Info

Publication number
JP2550714B2
JP2550714B2 JP1189550A JP18955089A JP2550714B2 JP 2550714 B2 JP2550714 B2 JP 2550714B2 JP 1189550 A JP1189550 A JP 1189550A JP 18955089 A JP18955089 A JP 18955089A JP 2550714 B2 JP2550714 B2 JP 2550714B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
semiconductor layer
type
semiconductor
semi
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP1189550A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH0353582A (en
Inventor
隆宏 中村
光弘 北村
進 麻多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP1189550A priority Critical patent/JP2550714B2/en
Publication of JPH0353582A publication Critical patent/JPH0353582A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2550714B2 publication Critical patent/JP2550714B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高速変調可能な高抵抗半導体層埋め込み型半
導体レーザに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-resistance semiconductor layer-embedded semiconductor laser capable of high-speed modulation.

(従来の技術) 高度情報化社会の構築に伴い、光通信システムの大容
量化、通信ネットワークの高度化が進められている。光
通信システムの大容量化に有力な1つの手段として変調
速度の高速化が挙げられる。光源を超高速変調して高速
化を図った光通信システムにおいては、高速応答に優れ
た半導体レーザが要求される。
(Prior Art) With the construction of an advanced information society, the capacity of optical communication systems and the sophistication of communication networks are being advanced. One of the effective means for increasing the capacity of an optical communication system is to increase the modulation speed. 2. Description of the Related Art In an optical communication system in which a light source is modulated at ultra-high speed to achieve high speed, a semiconductor laser excellent in high speed response is required.

半導体レーザの活性領域にのみ電流を有効に閉じ込
め、屈折率差により光も活性領域に有効に閉じ込めるた
めの埋め込み層として、近年、半導体中の深い準位を利
用した高抵抗半導体層を用いる技術が注目され盛んに研
究・開発されている。
In recent years, as a buried layer for effectively confining a current only in the active region of a semiconductor laser and also effectively confining light in the active region due to a difference in refractive index, a technique using a high resistance semiconductor layer utilizing a deep level in a semiconductor has been proposed. It is attracting attention and is being actively researched and developed.

高抵抗半導体層を埋め込み層に用いた半導体レーザで
は、p-n接合電流ブロック層を活性領域への電流狭窄に
用いていないので、寄生容量が小さく高速変調が可能と
なる。
In the semiconductor laser using the high-resistance semiconductor layer as the buried layer, the pn junction current block layer is not used for the current confinement to the active region, so that the parasitic capacitance is small and high-speed modulation is possible.

高抵抗半導体層を埋め込み層に用いた半導体レーザの
従来構造例は、第7図に示すように、半導体基板40上に
形成された第1のクラッド層41と第2のクラッド層43で
挟まれたストライプ状の活性層42の両側を電子あるいは
正孔を捕獲する深い準位を有する高抵抗半導体層44で埋
め込み、電流を有効に活性層に注入しようとするもので
ある。図において、45はコンタクト層、46は絶縁膜、47
と48は電極を示す。
As shown in FIG. 7, a conventional structure example of a semiconductor laser using a high resistance semiconductor layer as a buried layer is sandwiched between a first clad layer 41 and a second clad layer 43 formed on a semiconductor substrate 40. Both sides of the striped active layer 42 are filled with a high-resistance semiconductor layer 44 having a deep level for trapping electrons or holes, and current is effectively injected into the active layer. In the figure, 45 is a contact layer, 46 is an insulating film, and 47.
And 48 indicate electrodes.

(発明が解決しようとする課題) 上述した従来の技術では、電流ブロック層において電
子あるいは正孔のいずれか一方のみを捕獲する半絶縁性
半導体層(SI)が使われているのでp/SI/n構造の部分で
ダブルインジェクションによるp層からのホール電流が
流れ、活性領域以外を流れる漏れ電流となり、しきい値
電流の上昇、外部微分量子効率の低下、最大出力の低下
という半導体レーザの特性の劣化を招いていた。このた
め、従来の技術では、高抵抗半導体層を電流ブロック層
に用いた高性能な半導体レーザを得ることが困難であっ
た。
(Problems to be Solved by the Invention) In the above-described conventional technique, p / SI / is used because the semi-insulating semiconductor layer (SI) that captures only one of the electron and the hole is used in the current blocking layer. In the n-structure part, the hole current from the p-layer due to double injection flows and becomes a leakage current that flows outside the active region, which increases the threshold current, lowers the external differential quantum efficiency, and lowers the maximum output. It was causing deterioration. Therefore, it has been difficult to obtain a high-performance semiconductor laser using the high resistance semiconductor layer as the current blocking layer by the conventional technique.

本発明の目的は上記従来技術の欠点を改善し、高速変
調可能な高抵抗半導体層埋め込み型半導体レーザを提供
することにある。
It is an object of the present invention to provide a high-resistance semiconductor layer-embedded semiconductor laser capable of high-speed modulation by overcoming the above-mentioned drawbacks of the prior art.

(課題を解決するための手段) 前述の課題を解決するために本発明の高抵抗半導体層
埋め込み型半導体レーザは、半導体基板上に、一導電型
の第1のクラッド層、活性層、前記第1のクラッド層と
は反対導電型の第2のクラッド層を少なくとも含む2重
ヘテロ構造半導体レーザであって、前記活性層を含むス
トライプ状のメサと、このメサの両側に設けられた電流
ブロック層を有し、前記電流ブロック層が少なくとも電
子を捕獲する深い準位を有する半絶縁性半導体層および
正孔を捕獲する深い準位を有する半絶縁性半導体層を含
み、前記電子を捕獲する深い準位を有する半絶縁性半導
体層はn型半導体層とのみ接し、正孔を捕獲する深い準
位を有する半絶縁性半導体層はp型半導体層とのみ接す
るように形成される。
(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, a high-resistance semiconductor layer-embedded semiconductor laser according to the present invention comprises a first conductivity type first clad layer, an active layer, and A double heterostructure semiconductor laser including at least a second clad layer having a conductivity type opposite to that of the first clad layer, the stripe-shaped mesa including the active layer, and current blocking layers provided on both sides of the mesa. The current blocking layer includes at least a semi-insulating semiconductor layer having a deep level for trapping electrons and a semi-insulating semiconductor layer having a deep level for trapping holes. The semi-insulating semiconductor layer having a level is formed so as to be in contact only with the n-type semiconductor layer, and the semi-insulating semiconductor layer having a deep level for trapping holes is formed so as to be in contact only with the p-type semiconductor layer.

(作用) 第5図(a)は、p型半導体層、深い電子捕獲準位を
有する半絶縁性半導体層、n型半導体層を接触し、順方
向バイアス電圧をかけたときのエネルギーバンド図であ
る。また、第5図(b)は、p型半導体層、深い正孔捕
獲準位を有する半絶縁性半導体層、n型半導体層を接触
し、順方向バイアス電圧をかけたときのエネルギーバン
ド図である。
(Operation) FIG. 5 (a) is an energy band diagram when a p-type semiconductor layer, a semi-insulating semiconductor layer having a deep electron trap level, and an n-type semiconductor layer are contacted and a forward bias voltage is applied. is there. Further, FIG. 5B is an energy band diagram when a p-type semiconductor layer, a semi-insulating semiconductor layer having a deep hole trapping level, and an n-type semiconductor layer are brought into contact with each other and a forward bias voltage is applied. is there.

従来の高抵抗半導体層埋め込み型半導体レーザでは、
p型クラッド層と高抵抗半導体層とn型クラッド層が直
接つながっており、半導体レーザ駆動時には、順方向に
バイアス電圧がかけられるので、第5図(a)ないしは
(b)に示すエネルギーバンド図と等価になる。
In the conventional high resistance semiconductor layer embedded type semiconductor laser,
Since the p-type clad layer, the high resistance semiconductor layer and the n-type clad layer are directly connected to each other and a bias voltage is applied in the forward direction when the semiconductor laser is driven, an energy band diagram shown in FIG. 5 (a) or (b) is obtained. Is equivalent to

このため、深い電子捕獲準位を有する半絶縁性半導体
層の場合は、p型クラッド層と半絶縁性半導体層の界面
付近において電子と正孔が再結合し、再結合電流が流れ
る。また、深い正孔捕獲準位を有する半絶縁性半導体層
の場合は、n型クラッド層と半絶縁性半導体層の界面付
近において電子と正孔が再結合し、再結合電流が流れ
る。
Therefore, in the case of a semi-insulating semiconductor layer having a deep electron trap level, electrons and holes recombine near the interface between the p-type cladding layer and the semi-insulating semiconductor layer, and a recombination current flows. In the case of a semi-insulating semiconductor layer having a deep hole trap level, electrons and holes recombine near the interface between the n-type cladding layer and the semi-insulating semiconductor layer, and a recombination current flows.

一方、第6図(a)には上述本発明の構成における電
流ブロック層のエネルギーバンド図が示されている。
On the other hand, FIG. 6 (a) shows an energy band diagram of the current blocking layer in the structure of the present invention described above.

n型クラッド層から注入される電子は、深い電子捕獲
準位を有する半絶縁性半導体層により捕獲され、p型ク
ラッド層から注入される正孔は深い正孔捕獲準位を有す
る半絶縁性半導体層により捕獲されるため電子と正孔の
再結合が抑制される。
Electrons injected from the n-type cladding layer are trapped by the semi-insulating semiconductor layer having a deep electron trap level, and holes injected from the p-type cladding layer are a semi-insulating semiconductor layer having a deep hole trap level. Since they are captured by the layer, recombination of electrons and holes is suppressed.

また、第6図(b)には上記電流ブロック層のエネル
ギーバンド図が示されている。
Further, FIG. 6 (b) shows an energy band diagram of the current blocking layer.

深い電子捕獲準位を有する半絶縁性半導体層がn型半
導体層で囲まれているので、半絶縁性半導体層の深い準
位に捕獲された電子に正孔が再結合することはない。ま
た、深い正孔捕獲準位を有する半絶縁性半導体層はp型
半導体で囲まれているので、半絶縁性半導体層の深い準
位に捕獲された正孔に電子が再結合することはない。更
に、深い電子捕獲準位を有する半絶縁性半導体層と深い
正孔捕獲準位を有する半絶縁性半導体層の間に挿入され
たn型半導体層とp型半導体層は、広い面積で接してい
るが、n型半導体層は、n型クラッド層もしくはn型基
板と半絶縁性半導体層を挟んでいるため電子がn型半導
体層に供給されることはなく、一方、p型半導体層はp
型クラッド層またはp型キャップ層と半絶縁性半導体層
を挟んでいるので正孔がp型半導体層へ供給されること
はなく、このp-n結合において電流が流れることはな
い。
Since the semi-insulating semiconductor layer having a deep electron trap level is surrounded by the n-type semiconductor layer, holes are not recombined with the electrons trapped in the deep level of the semi-insulating semiconductor layer. Further, since the semi-insulating semiconductor layer having a deep hole trapping level is surrounded by the p-type semiconductor, electrons are not recombined with the holes trapped in the deep level of the semi-insulating semiconductor layer. . Furthermore, the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer inserted between the semi-insulating semiconductor layer having a deep electron trap level and the semi-insulating semiconductor layer having a deep hole trap level are in contact with each other over a wide area. However, since the n-type semiconductor layer sandwiches the n-type cladding layer or the n-type substrate and the semi-insulating semiconductor layer, electrons are not supplied to the n-type semiconductor layer, while the p-type semiconductor layer is p-type.
Since the type clad layer or the p-type cap layer and the semi-insulating semiconductor layer are sandwiched, holes are not supplied to the p-type semiconductor layer, and no current flows in this pn coupling.

以上述べたように、本発明による高抵抗層埋め込み型
半導体レーザにおいては、漏れ電流が殆どなく活性層に
おいて注入電流が有効に光に変換されるため、低しきい
値電流、高い外部微分量子効率、高い光出力を期待する
ことができる。
As described above, in the high-resistance-layer-embedded semiconductor laser according to the present invention, there is almost no leakage current, and the injection current is effectively converted into light in the active layer. Therefore, low threshold current and high external differential quantum efficiency are obtained. , High light output can be expected.

(実施例) 次に本発明について図面を参照して説明する。(Example) Next, this invention is demonstrated with reference to drawings.

第1図は、本発明の一実施例に関連する半導体構造を
示す断面図である。本実施例においては、長波長系材料
である燐化インジウム(InP)系材料の例について説明
する。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor structure related to one embodiment of the present invention. In this example, an example of an indium phosphide (InP) -based material that is a long-wavelength-based material will be described.

本構造の半導体レーザは次の工程を経て得られる。ま
ず、(100)面の出た硫黄(S)ドーピングn型InP基板
11上に有機金属気相成長法(MOVPE)を用いて、シリコ
ン(Si)ドーピングn型InP層18[n=1×1018cm-3
を厚さ1μm、発光波長1.55μmのバンドギャップを有
するインジウム・ガリウム・ひ素・燐(InGaAsP)活性
層19を厚さ0.15μm、亜鉛(Zn)ドーピングp型InP層2
0[p=1×1018cm-3]を厚さ1.5μm、Znドーピングp
型InGaAsPコンタクト層17[p=1×1019cm-3]を厚さ
0.5μm、それぞれ連続的にエピタキシャル成長する。
The semiconductor laser having this structure is obtained through the following steps. First, sulfur (S) -doped n-type InP substrate with (100) plane
Silicon (Si) -doped n-type InP layer 18 [n = 1 × 10 18 cm -3 ], using metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) on 11
An indium-gallium-arsenic-phosphorus (InGaAsP) active layer 19 having a band gap of 1 μm and an emission wavelength of 1.55 μm and a thickness of 0.15 μm and a zinc (Zn) -doped p-type InP layer 2
0 [p = 1 × 10 18 cm -3 ] with a thickness of 1.5 μm and Zn doping p
Type InGaAsP contact layer 17 [p = 1 × 10 19 cm -3 ]
Epitaxial growth of 0.5 μm continuous.

次に、CVD技術およびフォトリソグラフィーの手法に
より、<011>方向に厚み約2000Å、幅2μmのSiO2
トライプ状マスクを300μm間隔で形成する。その後、
化学エッチングによりp型InGaAsPコンタクト層17、p
型InP層20、InGaAsP活性層19、n型InP層18をメサスト
ライプの高さが3.5μmになるようにエッチングする。
Next, by a CVD technique and a photolithography technique, a SiO 2 stripe mask having a thickness of about 2000 Å and a width of 2 μm is formed at intervals of 300 μm in the <011> direction. afterwards,
P type InGaAsP contact layer 17, p by chemical etching
The type InP layer 20, the InGaAsP active layer 19, and the n-type InP layer 18 are etched so that the height of the mesa stripe is 3.5 μm.

さらに、SiO2ストライプ状マスクを残したまま、メサ
ストライプの凹部分に鉄(Fe)ドーピング高抵抗InP層1
2を厚さ1.5μm、チタン(Ti)ドーピング高抵抗InP層1
5を厚さ2.0μmをMOVPEにより全体が平坦になるように
選択エピタキシャル成長する。SiO2ストライプ状マスク
を弗化アンモニウムにより除去した後、全体の厚さが12
0μm程度になるまで研磨し、p型半導体側、およびn
型半導体基板側の電極10を真空蒸着法により形成し、ア
ニーリングした後、個々の半導体レーザにへき開分離
し、全加工を終了し、第1図に示す半導体レーザが出来
上がる。
Further, with the SiO 2 stripe-shaped mask left, the high resistance InP layer 1 with iron (Fe) doping in the concave portion of the mesa stripe 1
2 is 1.5 μm thick, titanium (Ti) -doped high resistance InP layer 1
Selectively epitaxially grow 5 with a thickness of 2.0 μm by MOVPE so that the whole is flat. After removing the SiO 2 striped mask with ammonium fluoride, the total thickness is 12
Polished to about 0 μm, p-type semiconductor side, and n
The electrode 10 on the mold semiconductor substrate side is formed by a vacuum vapor deposition method, annealed, and then cleaved into individual semiconductor lasers, and the whole processing is completed, and the semiconductor laser shown in FIG. 1 is completed.

第2図〜第4図には、上記した電流ブロックの電子捕
獲のための半絶縁性半導体層をn型半導体層とのみ接
し、正孔捕獲のための半絶縁性半導体層をp型半導体層
とのみ接するように構成された実施例の断面図が示され
ている。
2 to 4, the semi-insulating semiconductor layer for trapping electrons of the above current block is in contact only with the n-type semiconductor layer, and the semi-insulating semiconductor layer for trapping holes is the p-type semiconductor layer. A cross-sectional view of an embodiment configured for contact only with is shown.

第2図に示す半導体レーザは次のようにして得られ
る。即ち、(100)面の出たSドーピングn型InP基板11
上にMOVPEを用いて、Siドーピングn型InP層18[n=1
×1018cm-3]を厚さ1μm、発光波長1.55μmのバンド
ギャップを有するInGaAsP活性層19を厚さ0.15μm、Zn
ドーピングp型InP層20[p=1×1018cm-3]を厚さ0.1
μm、それぞれ連続的にエピタキシャル成長する。
The semiconductor laser shown in FIG. 2 is obtained as follows. That is, the S-doped n-type InP substrate 11 having the (100) plane
Using MOVPE on top, Si-doped n-type InP layer 18 [n = 1
X 10 18 cm -3 ], and the InGaAsP active layer 19 having a bandgap with an emission wavelength of 1.55 μm is 0.15 μm and Zn.
Doping p-type InP layer 20 [p = 1 × 10 18 cm -3 ] with a thickness of 0.1
μm, and epitaxial growth is performed continuously.

次に、CVD技術およびフォトリソグラフィーの手法に
より、<011>方向に厚み約2000Å、幅2μmのSiO2
トライプ状マスクを300μm間隔で形成する。その後、
化学エッチングにより厚み0.1μmのp型InP層20、InGa
AsP活性層19、n型InP層18をメサストライプの高さが1.
5μmになるようにエッチングする。
Next, by a CVD technique and a photolithography technique, a SiO 2 stripe mask having a thickness of about 2000 Å and a width of 2 μm is formed at intervals of 300 μm in the <011> direction. afterwards,
0.1 μm thick p-type InP layer 20 by chemical etching, InGa
The AsP active layer 19 and the n-type InP layer 18 have a mesa stripe height of 1.
Etch to 5 μm.

さらに、SiO2ストライプ状マスクを残したまま、メサ
ストライプの凹部分にFeドーピング高抵抗InP層12を厚
さ1.5μm、Siドーピングn型InP層13[n=4×1018cm
-3]を厚さ0.4μm、Znドーピングp型InP層14[p=7
×1017cm-3]を厚さ0.4μm、Tiドーピング高抵抗InP層
15を厚さ1.2μmMOVPEにより選択エピタキシャル成長す
る。SiO2ストライプ状マスクを弗化アンモニウムにより
除去した後、厚さ0.1μmのp型InP層20上、およびTiド
ーピング高抵抗InP層15上に厚さ2.5μmのZnドーピング
p型InP層16[p=7×1017cm-3]を表面が平坦になる
ようにMOVPEによりエピタキシャル成長し、続いて、Zn
ドーピングp型InGaAsPコンタクト層17[p=1×1019c
m-3]を厚さ0.5μmMOVPEによりエピタキシャル成長す
る。
Further, while leaving the SiO 2 stripe-shaped mask, the Fe-doped high-resistance InP layer 12 is 1.5 μm thick in the concave portion of the mesa stripe, and the Si-doped n-type InP layer 13 [n = 4 × 10 18 cm
-3 ], 0.4 μm thick, Zn-doped p-type InP layer 14 [p = 7
× 10 17 cm -3 ], 0.4 μm thick, Ti-doped high resistance InP layer
15 is selectively epitaxially grown with a thickness of 1.2 μm MOVPE. After removing the SiO 2 stripe-shaped mask with ammonium fluoride, a 2.5 μm thick Zn-doped p-type InP layer 16 [p] is formed on the 0.1 μm-thick p-type InP layer 20 and the Ti-doped high resistance InP layer 15. = 7 × 10 17 cm -3 ], MOVPE epitaxially grows so that the surface becomes flat, and then Zn
Doping p-type InGaAsP contact layer 17 [p = 1 × 10 19 c
m −3 ] is epitaxially grown by MOVPE with a thickness of 0.5 μm.

最後に全体の厚さが120μm程度になるまで研磨し、
p型半導体側およびn型半導体基板側の電極10を真空蒸
着法により形成し、アニーリングした後、個々の半導体
レーザにへき開分離し、全加工を終了し、第2図に示す
半導体レーザが出き上がる。
Finally, polish until the total thickness is about 120 μm,
The electrodes 10 on the p-type semiconductor side and the n-type semiconductor substrate side are formed by a vacuum vapor deposition method, annealed, and then cleaved into individual semiconductor lasers to complete the whole process, and the semiconductor laser shown in FIG. 2 is produced. Go up.

次に第3図に示す半導体レーザは次のように得られ
る。まず、(100)面の出たZnドーピングp型InP基板21
上にMOVPEを用いて、Znドーピングp型InP層23[p=1
×1018cm-3]を厚さ1μm、発光波長1.55μmのバンド
ギャップを有するInGaAsP活性層19を厚さ0.15μm、Si
ドーピングn型InP層24[n=1×1018cm-3]を厚さ0.1
μm、それぞれ連続的にエピタキシャル成長する。
Next, the semiconductor laser shown in FIG. 3 is obtained as follows. First, Zn-doped p-type InP substrate 21 with (100) plane
Using MOVPE on top, Zn-doped p-type InP layer 23 [p = 1
X 10 18 cm -3 ], and the InGaAsP active layer 19 having a bandgap with an emission wavelength of 1.55 μm is 0.15 μm and Si.
Doping n-type InP layer 24 [n = 1 × 10 18 cm -3 ] with a thickness of 0.1
μm, and epitaxial growth is performed continuously.

次に、CVD技術およびフォトリソグラフィーの手法に
より、<011>方向に厚み約2000Å、幅2μmのSiO2
トライプ状マスクを300μm間隔で形成する。その後、
化学エッチングにより厚み0.1μmのn型InP層24、InGa
AsP活性層19、p型InP層23をメサストライプの高さが1.
5μmになるようにエッチングする。
Next, by a CVD technique and a photolithography technique, a SiO 2 stripe mask having a thickness of about 2000 Å and a width of 2 μm is formed at intervals of 300 μm in the <011> direction. afterwards,
0.1 μm thick n-type InP layer 24 by chemical etching, InGa
The AsP active layer 19 and the p-type InP layer 23 have a mesa stripe height of 1.
Etch to 5 μm.

さらに、SiO2ストライプ状マスクを残したまま、メサ
ストライプの凹部分にTiドーピング高抵抗InP層15を厚
さ1.5μm、Znドーピングp型InP層14[p=7×1017cm
-3]を厚さ0.4μm、Siドーピングn型InP層13[n=4
×1018cm-3]を厚さ0.4μm、Feドーピング高抵抗InP層
12を厚さ1.2μm,MOVPEにより選択エピタキシャル成長す
る。SiO2ストライプ状マスクを弗化アンモニウムにより
除去した後、厚さ0.1μmのn型InP層24上、およびFeド
ーピング高抵抗InP層12上に厚さ2.5μmのSiドーピング
n型InP層18[n=1×1018cm-3]を表面が平坦になる
ようにMOVPEによりエピタキシャル成長し、続いて、Si
ドーピングn型InGaAsPコンタクト層22[n=1×1019c
m-3]を厚さ0.5μm,MOVPEによりエピタキシャル成長す
る。
Furthermore, with the SiO 2 stripe-shaped mask left, a Ti-doped high-resistance InP layer 15 having a thickness of 1.5 μm and a Zn-doped p-type InP layer 14 [p = 7 × 10 17 cm] is formed in the concave portion of the mesa stripe.
-3 ] is 0.4 μm thick and Si-doped n-type InP layer 13 [n = 4
× 10 18 cm -3 ], 0.4 μm thick, Fe-doped high resistance InP layer
12 is 1.2 μm thick and is selectively epitaxially grown by MOVPE. After removing the SiO 2 striped mask with ammonium fluoride, a 2.5 μm-thick Si-doped n-type InP layer 18 [n] is formed on the 0.1-μm-thick n-type InP layer 24 and the Fe-doped high-resistance InP layer 12. = 1 × 10 18 cm -3 ], epitaxially grown by MOVPE so that the surface becomes flat.
Doped n-type InGaAsP contact layer 22 [n = 1 × 10 19 c
m -3 ], with a thickness of 0.5 μm, is epitaxially grown by MOVPE.

最後に全体の厚さが120μm程度になるまで研磨し、
p型半導体側、およびn型半導体基板側の電極10を真空
蒸着法により形成し、アニーリングした後、個々の半導
体レーザにへき開分離し、全加工を終了し、第3図に示
す半導体レーザが出来上がる。
Finally, polish until the total thickness is about 120 μm,
The electrodes 10 on the p-type semiconductor side and the n-type semiconductor substrate side are formed by a vacuum vapor deposition method, annealed, and then cleaved into individual semiconductor lasers, and the whole processing is completed, and the semiconductor laser shown in FIG. 3 is completed. .

なお、第2図と第3図に示す実施例において、Feドー
ピング高抵抗InP層12とp型InP16,20,23のメサの部分が
接している場合およびTiドーピング高抵抗InP層15とn
型InP層18,24のメサ部分が接している場合も含まれる。
In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the Fe-doped high resistance InP layer 12 and the p-type InP 16, 20, and 23 mesa portions are in contact with each other, and the Ti-doped high resistance InP layer 15 and n are formed.
This also includes the case where the mesa portions of the type InP layers 18 and 24 are in contact with each other.

次に第4図に示す半導体レーザを得るための工程を説
明する。まず、(100)面の出たSドーピングn型InP基
板11上にMOVPEを用いて、Siドーピングn型InP層18[n
=1×1018cm-3]を厚さ1μm、発光波長1.55μmのバ
ンドギャップを有するInGaAsP活性層19を厚さ0.15μ
m、Znドーピングp型InP層20[p=1×1018cm-3]を
厚さ1.5μm、Znドーピングp型InGaAsPコンタクト層17
[p=1×1019cm-3]を厚さ0.5μm、それぞれ連続的
にエピタキシャル成長する。
Next, steps for obtaining the semiconductor laser shown in FIG. 4 will be described. First, on the S-doped n-type InP substrate 11 having the (100) plane, MOVPE is used to form the Si-doped n-type InP layer 18 [n
= 1 × 10 18 cm -3 ], and the InGaAsP active layer 19 having a bandgap with an emission wavelength of 1.55 μm is 0.15 μm.
m, Zn-doped p-type InP layer 20 [p = 1 × 10 18 cm −3 ] with a thickness of 1.5 μm, Zn-doped p-type InGaAsP contact layer 17
[P = 1 × 10 19 cm −3 ] is continuously epitaxially grown to a thickness of 0.5 μm.

次に、CVD技術およびフォトリソグラフィーの手法に
より<011>方向に厚み2000Å、幅2μmのSiO2ストラ
イプ状マスクを300μm間隔で形成する。その後、化学
エッチングによりp型InGaAsPコンタクト層17、p型InP
層20、InGaAsP活性層19、n型InP層18をメサストライプ
の高さが3.5μmになるようにエッチングする。
Next, a SiO 2 stripe mask having a thickness of 2000 Å and a width of 2 μm is formed at 300 μm intervals in the <011> direction by the CVD technique and the photolithography technique. After that, p-type InGaAsP contact layer 17 and p-type InP are chemically etched.
The layer 20, the InGaAsP active layer 19, and the n-type InP layer 18 are etched so that the height of the mesa stripe is 3.5 μm.

さらに、SiO2ストライプ状マスクを残したまま、メサ
ストライプの凹部分に鉄(Fe)ドーピング高抵抗InP層1
2を厚さ1.5μm、Siドーピングn型InP層13[n=4×1
018cm-3]を厚さ0.4μm、Znドーピングp型InP層14
[p=7×1017cm-3]を厚さ0.4μm、チタン(Ti)ド
ーピング高抵抗InP層15を厚さ1.2μmをMOVPEにより全
体が平坦になるように選択エピタキシャル成長する。Si
O2ストライプ状マスクを弗化アンモニウムにより除去し
た後、全体の厚さが120μm程度になるまで研磨し、p
型半導体側、およびn型半導体基板側の電極10を真空蒸
着により形成し、アニーリングした後、個々の半導体レ
ーザにへき開分離し、全加工を終了し、第4図に示す半
導体レーザが出来上がる。
Further, with the SiO 2 stripe-shaped mask left, the high resistance InP layer 1 with iron (Fe) doping in the concave portion of the mesa stripe 1
2 is 1.5 μm thick, Si-doped n-type InP layer 13 [n = 4 × 1
0 18 cm -3 ], 0.4 μm thick, Zn-doped p-type InP layer 14
Selective epitaxial growth of [p = 7 × 10 17 cm −3 ] with a thickness of 0.4 μm and titanium (Ti) -doped high resistance InP layer 15 with a thickness of 1.2 μm by MOVPE is performed so that the entire surface becomes flat. Si
After removing the O 2 stripe mask with ammonium fluoride, polish it until the total thickness is about 120 μm, and p
The electrodes 10 on the side of the type semiconductor and the side of the n-type semiconductor substrate are formed by vacuum vapor deposition, annealed, and then cleaved into individual semiconductor lasers, and the whole process is completed, and the semiconductor laser shown in FIG. 4 is completed.

以上に説明した高抵抗半導体層埋め込み型半導体レー
ザをInP系長波長半導体レーザに適用すれば、活性層以
外を流れる無効電流が殆ど無く、p-n接合をブロック層
に用いたVSB型(V-grooved Substrate Buried Heterost
ructure Lasers)やDC-PBH型(Double Channel Planar
Buried Heterostructure Lasers)と同程度の10mA前後
のしきい値電流、および30%前後の片面外部微分量子効
率が得られる。
If the high-resistance semiconductor layer-embedded semiconductor laser described above is applied to an InP-based long-wavelength semiconductor laser, there is almost no reactive current flowing except in the active layer, and a VSB type (V-grooved Substrate) using a pn junction in the block layer is used. Buried Heterost
ructure Lasers) and DC-PBH type (Double Channel Planar
Buried Heterostructure Lasers) with a threshold current around 10mA and a single-sided external quantum efficiency around 30%.

更に、厚さ2〜3μmの高抵抗半導体層を電流ブロッ
ク層に用いているゆえ、寄生容量は、4〜5pFで、数ギ
ガビット毎秒(Gb/sec)クラスの光通信システム用光源
として実用的に十分使用できる。
Further, since the high resistance semiconductor layer having a thickness of 2 to 3 μm is used for the current blocking layer, the parasitic capacitance is 4 to 5 pF and is practically used as a light source for an optical communication system of several gigabits per second (Gb / sec) class. It can be used enough.

なお、上述の実施例においては、基板を半絶縁性半導
体にしても実現可能であり、また、材料系をGaAs系にし
ても実現可能であり、DFB(Distributed Feed Back)に
しても実現可能であり、活性領域を量子井戸構造にして
も実現可能である。
It should be noted that in the above-described embodiment, it can be realized even if the substrate is a semi-insulating semiconductor, and can be realized even if the material system is GaAs system, and even if it is DFB (Distributed Feed Back). Therefore, it can be realized even if the active region has a quantum well structure.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明は、電子および正
孔を別々に半絶縁性半導体層の深い準位にトラップして
いるので低しきい値電流、高い外部微分量子効率、超高
速変調特性を有する高抵抗半導体層埋め込み型半導体レ
ーザを実現できる効果がある。
(Effects of the Invention) As described in detail above, according to the present invention, electrons and holes are separately trapped in the deep level of the semi-insulating semiconductor layer, so that low threshold current and high external differential quantum efficiency are obtained. There is an effect that it is possible to realize a high-resistance semiconductor layer-embedded semiconductor laser having ultrahigh-speed modulation characteristics.

更に、本発明では、深い電子トラップ準位を有する半
絶縁性半導体層はn型半導体層で囲み、深い正孔トラッ
プ準位を有する半絶縁性半導体層はp型半導体層で囲ん
でいので漏れ電流を防ぎ、低しきい値電流、高い外部微
分量子効率、超高速変調特性を実現できる効果がある。
Further, according to the present invention, the semi-insulating semiconductor layer having a deep electron trap level is surrounded by the n-type semiconductor layer, and the semi-insulating semiconductor layer having a deep hole trap level is surrounded by the p-type semiconductor layer. It has the effect of preventing current and realizing low threshold current, high external differential quantum efficiency, and ultra-high speed modulation characteristics.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による高抵抗半導体埋め込み型半導体レ
ーザの一実施例に関連する構造を示す断面図、第2図〜
第4図は本発明による高抵抗半導体層埋め込み型半導体
レーザの他の実施例の構造を示す断面図、第5図(a)
はn型半導体層、深い電子トラップ準位を有する半絶縁
性半導体層、p型半導体層が接し、これに順バイアスが
かけられたときのハンド構造を示す図、第5図(b)は
n型半導体層、深い正孔トラップ準位を有する半絶縁性
半導体層、p型半導体層が接し、これに順バイアスがか
けられたときのバンド構造を示す図、第6図(a)はn
型半導体層、深い電子トラップ準位を有する半絶縁性半
導体層、深い正孔トラップ準位を有する半絶縁性半導体
層、p型半導体層が接したときのバンド構造を示す図、
第6図(b)はn型半導体層、深い電子トラップ準位を
有する半絶縁性半導体層、n型半導体層、p型半導体
層、深い正孔トラップ準位を有する半絶縁性半導体層、
p型半導体層が接したときのバンド構造を示す図、第7
図は従来の高抵抗電流ブロック層を有する半導体レーザ
の構造を示す断面図である。 10……電極、11……n型InP基板、12……Feドーピング
高抵抗InP層、13……n型InP層、14……p型InP層、15
……Tiドーピング高抵抗InP、16……p型InP層、17……
p型InGaAsPコンタクト層、18……n型InP層、19……In
GaAsP活性層、20……P型InP層、21……p型InP基板、2
2……n型InGaAsPコンタクト層、23……p型InP層、24
……n型InP層、40……半導体基板、41……第1のクラ
ッド層、42……活性層、43……第2のクラッド層、44…
…高抵抗半導体層、45……コンタクト層、46……絶縁
膜、47……電極、48……電極。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure relating to one embodiment of a high resistance semiconductor embedded semiconductor laser according to the present invention, and FIGS.
FIG. 4 is a sectional view showing the structure of another embodiment of the high-resistance semiconductor layer-embedded semiconductor laser according to the present invention, and FIG. 5 (a).
Is a diagram showing a hand structure in which an n-type semiconductor layer, a semi-insulating semiconductor layer having a deep electron trap level, and a p-type semiconductor layer are in contact with each other, and a forward bias is applied to the n-type semiconductor layer, and FIG. Type semiconductor layer, a semi-insulating semiconductor layer having a deep hole trap level, and a p-type semiconductor layer are in contact with each other, and a band structure when a forward bias is applied thereto, FIG.
-Type semiconductor layer, a semi-insulating semiconductor layer having a deep electron trap level, a semi-insulating semiconductor layer having a deep hole trap level, a diagram showing a band structure when the p-type semiconductor layer is in contact,
FIG. 6B shows an n-type semiconductor layer, a semi-insulating semiconductor layer having a deep electron trap level, an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, a semi-insulating semiconductor layer having a deep hole trap level,
The figure which shows the band structure when a p-type semiconductor layer contact | connects, 7th
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a conventional semiconductor laser having a high resistance current blocking layer. 10 ... Electrode, 11 ... n-type InP substrate, 12 ... Fe-doped high resistance InP layer, 13 ... n-type InP layer, 14 ... p-type InP layer, 15
…… Ti doping high resistance InP, 16 …… p type InP layer, 17 ……
p-type InGaAsP contact layer, 18 ... n-type InP layer, 19 ... In
GaAsP active layer, 20 ... P-type InP layer, 21 ... P-type InP substrate, 2
2 ... n-type InGaAsP contact layer, 23 ... p-type InP layer, 24
... n-type InP layer, 40 ... semiconductor substrate, 41 ... first cladding layer, 42 ... active layer, 43 ... second cladding layer, 44 ...
… High resistance semiconductor layer, 45 …… contact layer, 46 …… insulating film, 47 …… electrode, 48 …… electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−230387(JP,A) 特開 昭61−290790(JP,A) 特開 平3−49282(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-61-230387 (JP, A) JP-A-61-290790 (JP, A) JP-A-3-49282 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】半導体基板上に、一導電型の第1のクラッ
ド層、活性層、前記第1のクラッド層とは反対導電型の
第2のクラッド層を少なくとも含む2重ヘテロ構造半導
体レーザであって、前記活性層を含むストライプ状のメ
サと、このメサの両側に設けられた電流ブロック層を有
し、前記電流ブロック層が少なくとも電子を捕獲する深
い準位を有する半絶縁性半導体層および正孔を捕獲する
深い準位を有する半絶縁性半導体層を含み、前記電子を
捕獲する深い準位を有する半導体層はn型半導体層との
み接し、正孔を捕獲する深い準位を有する半絶縁性半導
体層はp型半導体層とのみ接するように形成されて成る
ことを特徴とする高抵抗半導体層埋め込み型半導体レー
ザ。
1. A double heterostructure semiconductor laser including at least a first conductivity type first cladding layer, an active layer, and a second conductivity type second cladding layer opposite to the first cladding layer on a semiconductor substrate. And a semi-insulating semiconductor layer having a stripe-shaped mesa including the active layer and current blocking layers provided on both sides of the mesa, wherein the current blocking layer has a deep level for capturing at least electrons, and The semiconductor layer includes a semi-insulating semiconductor layer having a deep level for trapping holes, and the semiconductor layer having a deep level for trapping electrons is in contact with only the n-type semiconductor layer and has a deep level for trapping holes. A high-resistance semiconductor layer-embedded semiconductor laser, wherein the insulating semiconductor layer is formed so as to contact only the p-type semiconductor layer.
JP1189550A 1989-07-21 1989-07-21 High-resistance semiconductor layer embedded semiconductor laser Expired - Fee Related JP2550714B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1189550A JP2550714B2 (en) 1989-07-21 1989-07-21 High-resistance semiconductor layer embedded semiconductor laser

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1189550A JP2550714B2 (en) 1989-07-21 1989-07-21 High-resistance semiconductor layer embedded semiconductor laser

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0353582A JPH0353582A (en) 1991-03-07
JP2550714B2 true JP2550714B2 (en) 1996-11-06

Family

ID=16243197

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1189550A Expired - Fee Related JP2550714B2 (en) 1989-07-21 1989-07-21 High-resistance semiconductor layer embedded semiconductor laser

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2550714B2 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005117217A1 (en) 2004-05-26 2005-12-08 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Semiconductor optical element and manufacturing method thereof
JP4830808B2 (en) * 2006-11-24 2011-12-07 株式会社豊田自動織機 Compressed air abnormality detection method for air jet loom
JP2013182976A (en) * 2012-03-01 2013-09-12 Mitsubishi Electric Corp Buried type optical semiconductor element
JP2016031970A (en) * 2014-07-28 2016-03-07 三菱電機株式会社 Optical semiconductor device

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61230387A (en) * 1985-04-05 1986-10-14 Fujitsu Ltd Buried type semiconductor laser
JPS61290790A (en) * 1985-06-18 1986-12-20 Fujitsu Ltd Manufacture of light-emitting element
JP2738040B2 (en) * 1989-07-17 1998-04-08 住友電気工業株式会社 Semiconductor light emitting device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0353582A (en) 1991-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7701993B2 (en) Semiconductor optical device and a method of fabricating the same
US6391671B2 (en) Method of producing an optical semiconductor device having a waveguide layer buried in an InP current blocking layer
JP2010010622A (en) Semiconductor optical device
JPH09331110A (en) Optical semiconductor device and manufacture thereof
JP2550714B2 (en) High-resistance semiconductor layer embedded semiconductor laser
JP3488137B2 (en) Optical semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2780337B2 (en) High-resistance semiconductor layer embedded semiconductor laser
JP2812273B2 (en) Semiconductor laser
JP2869995B2 (en) Method of manufacturing semiconductor laser with embedded high-resistance semiconductor layer
JP3241002B2 (en) Manufacturing method of semiconductor laser
JPH07115251A (en) Semiconductor laser
JP2004311556A (en) Semiconductor laser, optical module using the same, and functionally integrated laser
JPH05299764A (en) Manufacture of semiconductor laser
JP3403915B2 (en) Semiconductor laser
JPH03133189A (en) Highly resistive semiconductor layer buried type semiconductor laser
JPS6261383A (en) Semiconductor laser and manufacture thereof
JP3199329B2 (en) Method of manufacturing semiconductor laser device
JP2555984B2 (en) Semiconductor laser and manufacturing method thereof
US20050189552A1 (en) Semiconductor light-emitting device
JPH1140897A (en) Semiconductor laser element and its manufacture
JPS6124839B2 (en)
JPH11266051A (en) Semiconductor light-emitting element
JP2839084B2 (en) Method for manufacturing optical semiconductor device
JP2550718B2 (en) High-resistance embedded semiconductor laser and manufacturing method thereof
JPH07120836B2 (en) Semiconductor laser

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees