JP2871288B2 - 面型光半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
面型光半導体素子およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は機器間の光インターコネ
クションなどに使われる半導体面型光素子に関する。
クションなどに使われる半導体面型光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】面型光素子とは、半導体基板と垂直方向
に光を出す素子であり、垂直共振器型の面発光レーザ
（ＶＣＳＥＬＤ）や、半導体多層膜から成る分布反射鏡
（ＤＢＲ）の間にｐｎｐｎ構造を形成した垂直共振器型
面入出力光電融合素子（ＶＳＴＥＰ）などを指す。面型
光素子の特徴は基板と垂直方向に光が取り出せ、素子サ
イズ自体も小型にできるということから、２次元集積化
が可能になるという点にある。ＶＣＳＥＬＤやＶＣ−Ｖ
ＳＴＥＰの材料系としては主としてＧａＡｓ系が用いら
れているが、ＩｎＰ系でのＶＣＳＥＬＤも試作され始め
ている。
に光を出す素子であり、垂直共振器型の面発光レーザ
（ＶＣＳＥＬＤ）や、半導体多層膜から成る分布反射鏡
（ＤＢＲ）の間にｐｎｐｎ構造を形成した垂直共振器型
面入出力光電融合素子（ＶＳＴＥＰ）などを指す。面型
光素子の特徴は基板と垂直方向に光が取り出せ、素子サ
イズ自体も小型にできるということから、２次元集積化
が可能になるという点にある。ＶＣＳＥＬＤやＶＣ−Ｖ
ＳＴＥＰの材料系としては主としてＧａＡｓ系が用いら
れているが、ＩｎＰ系でのＶＣＳＥＬＤも試作され始め
ている。
【０００３】図２はＩｎＰ系で作ったＶＣＳＥＬＤの素
子構造を示してある。光スイッチング研究会（ＰＳＴ１
９−１２、１９９１年）に報告されているものである。
材料系にＩｎＰ系を用いると、光通信用光源として重要
な１μｍの波長帯域がこれによってカバーできることに
なるので各所で関心が持たれている。
子構造を示してある。光スイッチング研究会（ＰＳＴ１
９−１２、１９９１年）に報告されているものである。
材料系にＩｎＰ系を用いると、光通信用光源として重要
な１μｍの波長帯域がこれによってカバーできることに
なるので各所で関心が持たれている。
【０００４】図２において、２１は基板のｎ−ＩｎＰ、
２２はｎ−ＩｎＧａＡａＳＰ／ＩｎＰ−ＤＢＲで周期数
は３０．５対である。２３はｎ−ＩｎＰでクラッド層、
２４はｐ−ＩｎＧａＡｓＰで活性層、３１はｐ−ＩｎＰ
でクラッド層、２５はｐ−ＩｎＧａＡｓＰでコンタクト
層、２６はα−Ｓｉ／Ｓｉ０2多層膜でｐ側の反射鏡と
して働く。２７、２８はそれぞれｐ電極、ｎ電極であ
る。２９、３０はそれぞれｐ−ＩｎＰ、ｎ−ＩｎＰでこ
の部分に流れる電流を阻止する役目を果たす。
２２はｎ−ＩｎＧａＡａＳＰ／ＩｎＰ−ＤＢＲで周期数
は３０．５対である。２３はｎ−ＩｎＰでクラッド層、
２４はｐ−ＩｎＧａＡｓＰで活性層、３１はｐ−ＩｎＰ
でクラッド層、２５はｐ−ＩｎＧａＡｓＰでコンタクト
層、２６はα−Ｓｉ／Ｓｉ０2多層膜でｐ側の反射鏡と
して働く。２７、２８はそれぞれｐ電極、ｎ電極であ
る。２９、３０はそれぞれｐ−ＩｎＰ、ｎ−ＩｎＰでこ
の部分に流れる電流を阻止する役目を果たす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のＩｎＰ系面型光
素子の問題点は、９９．９％といった高い反射率を有し
たＤＢＲを作製するのが難しいという点にあった。その
理由はＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系ではＩｎＰとＩｎＧａ
ＡｓＰの間の屈折率差が小さいことにあった。もちろん
ＤＢＲの層数を増やせば反射率を上げることが可能であ
るが、厚みも増えるので、成長に時間がかかり、プロセ
スも段差がついて難しくなる。
素子の問題点は、９９．９％といった高い反射率を有し
たＤＢＲを作製するのが難しいという点にあった。その
理由はＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系ではＩｎＰとＩｎＧａ
ＡｓＰの間の屈折率差が小さいことにあった。もちろん
ＤＢＲの層数を増やせば反射率を上げることが可能であ
るが、厚みも増えるので、成長に時間がかかり、プロセ
スも段差がついて難しくなる。
【０００６】例えばＧａＡｓ系では１５−２０対で十分
な反射率が実現できるのに対して、ＩｎＰ系では４０対
前後の半導体多層膜が必要となる。また１μｍ帯のＩｎ
Ｐ系では０．８μｍ帯のＧａＡｓ系に比べて１層当りの
膜厚（λ／４波長）が厚くなるので、その分でも厚みが
余計いることになる。
な反射率が実現できるのに対して、ＩｎＰ系では４０対
前後の半導体多層膜が必要となる。また１μｍ帯のＩｎ
Ｐ系では０．８μｍ帯のＧａＡｓ系に比べて１層当りの
膜厚（λ／４波長）が厚くなるので、その分でも厚みが
余計いることになる。
【０００７】本発明の目的は、ＤＢＲの層数が増大し、
成長やプロセスが難しくなるといった従来の１μｍ帯の
面型光半導体素子の課題を解決することにある。
成長やプロセスが難しくなるといった従来の１μｍ帯の
面型光半導体素子の課題を解決することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明が提供する面型半導体素子は、ＧａＡｓ又は
ＡｌＧａＡｓの基板の上にＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦
１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ≦１）とを交互に積層
し、それぞれの厚さを媒質内の光の波長の１／４とした
半導体分布反射鏡と、この半導体分布反射鏡の上に５５
０゜Ｃ以下での温度で成長させたＩｎＰバッファー層
と、このバッファー層の上に形成されＩｎzＧａ1-zＡｓ
wＰ1-w活性層（０≦ｚ，ｗ≦１）を含む中間層と、この
中間層の上に形成された多層膜反射鏡とでなることを特
徴とする。
めに本発明が提供する面型半導体素子は、ＧａＡｓ又は
ＡｌＧａＡｓの基板の上にＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦
１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ≦１）とを交互に積層
し、それぞれの厚さを媒質内の光の波長の１／４とした
半導体分布反射鏡と、この半導体分布反射鏡の上に５５
０゜Ｃ以下での温度で成長させたＩｎＰバッファー層
と、このバッファー層の上に形成されＩｎzＧａ1-zＡｓ
wＰ1-w活性層（０≦ｚ，ｗ≦１）を含む中間層と、この
中間層の上に形成された多層膜反射鏡とでなることを特
徴とする。
【０００９】前述の課題を解決するために本発明が提供
する面型半導体素子の製造方法は、ＧａＡｓ又はＡｌＧ
ａＡｓの基板の上にＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）と
ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ≦１）とを交互に積層し、そ
れぞれの厚さを媒質内の光りの波長の１／４として半導
体分布反射鏡を形成し、その上に５５０゜Ｃ以下でＩｎ
Ｐバッファー層を形成し、その上にＩｎzＧａ1-zＡｓw
Ｐ1-w活性層（０≦ｚ，ｗ≦１）を含む中間層を形成
し、さらにその上に多層膜反射鏡が形成することを特徴
とする。
する面型半導体素子の製造方法は、ＧａＡｓ又はＡｌＧ
ａＡｓの基板の上にＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）と
ＡｌyＧａ1-yＡｓ（０≦ｙ≦１）とを交互に積層し、そ
れぞれの厚さを媒質内の光りの波長の１／４として半導
体分布反射鏡を形成し、その上に５５０゜Ｃ以下でＩｎ
Ｐバッファー層を形成し、その上にＩｎzＧａ1-zＡｓw
Ｐ1-w活性層（０≦ｚ，ｗ≦１）を含む中間層を形成
し、さらにその上に多層膜反射鏡が形成することを特徴
とする。
【００１０】
【作用】基板側のＤＢＲをＧａＡｓ系で作製した製造と
するので１μｍ：ｅ帯の波長に対して屈折率差を大きく
とれる。それによってＩｎＰ系でＤＢＲを作製した時と
比べて高 反射率を得るのに必要な層数を減らすことが
できる。ＡｌxＧａ1-xＡｓ／ＡｌyＧａ1-yＡｓ−ＤＢＲ
の上に５５０゜Ｃ以下という比較的に低温でＩｎＰバッ
ファー層を形成しておくと、その上にＩｎＰ系半導体
を、鏡面状にきれいに成長させることができる。ＩｎＰ
バッファー層を６００〜７００゜Ｃといった通常の温度
でＧａＡｓ系半導体の上に成長させると大きな島状にＩ
ｎＰの成長が進行してしまい表面が凸凹してしまう。そ
れに対して５５０゜Ｃ以下といった低温でＩｎＰバッフ
ァー層を成長させると島の大きさが小さくなり、短時間
に島同志が一緒になって成長表面が平坦になってしま
う。そして、この様なＩｎＰバッファー層を間に入れる
ことによってＩｎＰ系半導体を格子定数の異なるＧａＡ
ｓ系半導体の上に鏡面状に成長させることが可能とな
る。
するので１μｍ：ｅ帯の波長に対して屈折率差を大きく
とれる。それによってＩｎＰ系でＤＢＲを作製した時と
比べて高 反射率を得るのに必要な層数を減らすことが
できる。ＡｌxＧａ1-xＡｓ／ＡｌyＧａ1-yＡｓ−ＤＢＲ
の上に５５０゜Ｃ以下という比較的に低温でＩｎＰバッ
ファー層を形成しておくと、その上にＩｎＰ系半導体
を、鏡面状にきれいに成長させることができる。ＩｎＰ
バッファー層を６００〜７００゜Ｃといった通常の温度
でＧａＡｓ系半導体の上に成長させると大きな島状にＩ
ｎＰの成長が進行してしまい表面が凸凹してしまう。そ
れに対して５５０゜Ｃ以下といった低温でＩｎＰバッフ
ァー層を成長させると島の大きさが小さくなり、短時間
に島同志が一緒になって成長表面が平坦になってしま
う。そして、この様なＩｎＰバッファー層を間に入れる
ことによってＩｎＰ系半導体を格子定数の異なるＧａＡ
ｓ系半導体の上に鏡面状に成長させることが可能とな
る。
【００１１】
【実施例】図１は本発明に関わる一実施例である。同図
において１０１はｎ−ＧａＡｓ、１０２はλ／４厚のＡ
ｌＡｓ（Ｓｉドープ、ドーピング濃度Ｎ＝２ｘ１０18ｃ
ｍ-3）、ＧａＡｓ（Ｓｉドープ、Ｎ＝２ｘ１０18ｃ
ｍ-3）が交互に積層されて形成されたｎ型ＤＢＲであ
る。λはＩｎＧａＡｓ活性層１０６による発振（波長は
１．５μｍ）に対応する媒質内の波長を表す。ＩｎＧａ
Ａｓ活性層１０６の層厚は１００Ａで、アンドープであ
る。１０３はｎ−ＩｎＰバッファー層（Ｎ＝２ｘ１０18
ｃｍ-3、層厚は２００Ａ）で、この部分は５００゜Ｃで
成長してある。成長にはＭＯＣＶＤ法を用いているが、
ここ以外は６５０゜Ｃで成長してある。１０４はｎ−Ｉ
ｎＰ（Ｓｉドープ、Ｎ＝２ｘ１０18ｃｍ-3、層厚は（λ
−δ））である。１０５、１０７はそれぞれｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰであり、両、方とも層厚
はδであり、ドーピング濃度は２ｘ１０18ｃｍ-3（１０
５はＳｉドープ、１０７はＺｎドープ）である。ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ１０５、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ１０７は組成
を放物線状に変化させてあり、活性層１０６に接する側
のバンドギャップ波長は１．３μｍ、反対側のバンドギ
ャップ波長はＩｎＰと同じにしてある。１１５は厚さ２
００Ａのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長は
１．３μｍ、Ｎ＝２ｘ１０19ｃｍ-3）であり、コンタク
ト層として働く。１０９はｐ型ＤＢＲでλ／４厚のα−
Ｓｉ１１６とＳｉＯ2１１７が３周期、繰り返して積層
され形成されている。１１０はＣｒ／Ａｕ、１１１はｎ
−ＧａＡｓ１１３の上に形成されたＡｕＧｅ−Ｎｉ／Ａ
ｕであり、それぞれｐ型、ｎ型の電極となる。光出力は
基板側から得られる。
において１０１はｎ−ＧａＡｓ、１０２はλ／４厚のＡ
ｌＡｓ（Ｓｉドープ、ドーピング濃度Ｎ＝２ｘ１０18ｃ
ｍ-3）、ＧａＡｓ（Ｓｉドープ、Ｎ＝２ｘ１０18ｃ
ｍ-3）が交互に積層されて形成されたｎ型ＤＢＲであ
る。λはＩｎＧａＡｓ活性層１０６による発振（波長は
１．５μｍ）に対応する媒質内の波長を表す。ＩｎＧａ
Ａｓ活性層１０６の層厚は１００Ａで、アンドープであ
る。１０３はｎ−ＩｎＰバッファー層（Ｎ＝２ｘ１０18
ｃｍ-3、層厚は２００Ａ）で、この部分は５００゜Ｃで
成長してある。成長にはＭＯＣＶＤ法を用いているが、
ここ以外は６５０゜Ｃで成長してある。１０４はｎ−Ｉ
ｎＰ（Ｓｉドープ、Ｎ＝２ｘ１０18ｃｍ-3、層厚は（λ
−δ））である。１０５、１０７はそれぞれｎ−ＩｎＧ
ａＡｓＰ、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰであり、両、方とも層厚
はδであり、ドーピング濃度は２ｘ１０18ｃｍ-3（１０
５はＳｉドープ、１０７はＺｎドープ）である。ｎ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰ１０５、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ１０７は組成
を放物線状に変化させてあり、活性層１０６に接する側
のバンドギャップ波長は１．３μｍ、反対側のバンドギ
ャップ波長はＩｎＰと同じにしてある。１１５は厚さ２
００Ａのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンドギャップ波長は
１．３μｍ、Ｎ＝２ｘ１０19ｃｍ-3）であり、コンタク
ト層として働く。１０９はｐ型ＤＢＲでλ／４厚のα−
Ｓｉ１１６とＳｉＯ2１１７が３周期、繰り返して積層
され形成されている。１１０はＣｒ／Ａｕ、１１１はｎ
−ＧａＡｓ１１３の上に形成されたＡｕＧｅ−Ｎｉ／Ａ
ｕであり、それぞれｐ型、ｎ型の電極となる。光出力は
基板側から得られる。
【００１２】ｎ型ＤＢＲ１０２の周期数は２４．５であ
りこれで９９．９％の反射率が実現できる。ＩｎＰ系で
同じ反射率を得ようとすると４０周期は必要であるの
で、成長層厚が大幅に薄くできる。図１のような構造と
することによって素子の全体の高さは２μｍ程度と低く
抑えることができた。発振閾値電流はメサ径が１０μｍ
の素子で約１ｍＡであった。
りこれで９９．９％の反射率が実現できる。ＩｎＰ系で
同じ反射率を得ようとすると４０周期は必要であるの
で、成長層厚が大幅に薄くできる。図１のような構造と
することによって素子の全体の高さは２μｍ程度と低く
抑えることができた。発振閾値電流はメサ径が１０μｍ
の素子で約１ｍＡであった。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば光通信用光源として重要
な１μｍの波長帯域でレーザ光が得られ、素子の全体の
高さが低く抑えられた低閾値で動作する面型光半導体素
子が実現できる。本実施例ではＶＣＳＥＬＤについて説
明したがＶＳＴＥＰへの適用も可能であることはもちろ
んである。
な１μｍの波長帯域でレーザ光が得られ、素子の全体の
高さが低く抑えられた低閾値で動作する面型光半導体素
子が実現できる。本実施例ではＶＣＳＥＬＤについて説
明したがＶＳＴＥＰへの適用も可能であることはもちろ
んである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す断面図。
【図２】従来例を示す斜示図。
１０１ ｎ−ＧａＡｓ １０２ ｎ型ＤＢＲ １０３ ｎ−ＩｎＰバッファー層 １０４，２１，２３，３０ ｎ−ＩｎＰ １０５ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ １０６ ＩｎＧａＡｓＰ化活性層 １０７，１１５，２４，２５ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ １０８，２９，３１ ｐ−ＩｎＰ １０９ ｐ型ＤＢＲ １１０ ｃｒ／Ａｕ １１１ ＡｕＧｅ−Ｎｉ／Ａｕ １１２ ＳｉＮ １１３ ｎ−ＧａＡｓ １１４ ｐ−ＧａＡｓ １１６ α−Ｓｉ １１７ ＳｉＯ2 ２２ ｎ−ＧａＩｎＡｓＰ／ＩｎＰ−ＤＢＲ ２６ α−Ｓｉ／ＳｉＯ多層膜 ２７ ｐ電極 ２８ ｎ電極
Claims (2)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓの基板の上に
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（０≦y ≦１）とを交互に積層し、それぞれの厚さを媒
質内の光の波長の１／４とした半導体分布反射鏡と、こ
の半導体分布反射鏡の上に５５０゜Ｃ以下での温度で成
長させたＩｎＰバッファー層と、このバッファー層の上
に形成されＩｎzＧａ1-zＡｓwＰ1-w活性層（０≦ｚ，ｗ
≦１）を含む中間層と、この中間層の上に形成れた多層
膜反射鏡とでなることを特徴とする面型光半導体素子。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓの基板の上に
ＡｌxＧａ1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌyＧａ1-yＡｓ
（０≦y≦１）とを交互に積層し、それぞれの厚さを媒
質内の光の波長の１／４として半導体分布反射鏡を形成
し、その上に５５０゜Ｃ以下でＩｎＰバッファー層を形
成し、その上にＩｎzＧａ1-zＡｓwＰ1-w活性層（０≦
ｚ，ｗ≦１）を含む中間層を形成し、さらにその上に多
層膜反射鏡が形成することを特徴とする面型光半導体素
子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11819092A JP2871288B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 面型光半導体素子およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11819092A JP2871288B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 面型光半導体素子およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05291698A JPH05291698A (ja) | 1993-11-05 |
| JP2871288B2 true JP2871288B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=14730388
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11819092A Expired - Fee Related JP2871288B2 (ja) | 1992-04-10 | 1992-04-10 | 面型光半導体素子およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2871288B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5805624A (en) * | 1996-07-30 | 1998-09-08 | Hewlett-Packard Company | Long-wavelength infra-red vertical cavity surface-emitting laser on a gallium arsenide substrate |
| FR2753577B1 (fr) * | 1996-09-13 | 1999-01-08 | Alsthom Cge Alcatel | Procede de fabrication d'un composant optoelectronique a semiconducteur et composant et matrice de composants fabriques selon ce procede |
| FR2753576B1 (fr) * | 1996-09-13 | 1998-11-13 | Alsthom Cge Alcatel | Procede de fabrication d'un laser semiconducteur a emission de surface |
| FR2761822B1 (fr) * | 1997-04-03 | 1999-05-07 | Alsthom Cge Alcatel | Laser semiconducteur a emission de surface |
| JP4024994B2 (ja) * | 2000-06-30 | 2007-12-19 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子 |
| JP2003078160A (ja) * | 2001-09-05 | 2003-03-14 | Hitachi Cable Ltd | 発光素子およびその製造方法 |
| KR100404043B1 (ko) * | 2001-10-19 | 2003-11-03 | 주식회사 비첼 | 수직으로 집적화된 고출력 면발광 반도체 레이저 장치 및그 제조 방법 |
| KR100726324B1 (ko) * | 2005-12-05 | 2007-06-11 | 주식회사 레이칸 | 산화막 구경을 갖는 장파장 표면방출 레이저 소자 및 그제조방법 |
-
1992
- 1992-04-10 JP JP11819092A patent/JP2871288B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05291698A (ja) | 1993-11-05 |
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