JP3241360B2 - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- JP3241360B2 JP3241360B2 JP08069389A JP8069389A JP3241360B2 JP 3241360 B2 JP3241360 B2 JP 3241360B2 JP 08069389 A JP08069389 A JP 08069389A JP 8069389 A JP8069389 A JP 8069389A JP 3241360 B2 JP3241360 B2 JP 3241360B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は横接合埋め込み構造を有する半導体レーザ、
PIN受光器およびホトトランジスタ等の光半導体装置に
関するものである。
PIN受光器およびホトトランジスタ等の光半導体装置に
関するものである。
第３図は光半導体装置の一例としての横注入型半導体
レーザ装置の構造を示す図である。図中、101は半絶縁
性GaAs基板、102、104はアンドープAlGaAs層、103はGaA
s活性層、105はｐ−AlGaAs層、106はp+コンタクト層、1
07はｎ−AlGaAs層、108はn+コンタクト層、109、110は
電極、111はｐ側埋め込み再成長層、112はｎ側埋め込み
再成長層である。
レーザ装置の構造を示す図である。図中、101は半絶縁
性GaAs基板、102、104はアンドープAlGaAs層、103はGaA
s活性層、105はｐ−AlGaAs層、106はp+コンタクト層、1
07はｎ−AlGaAs層、108はn+コンタクト層、109、110は
電極、111はｐ側埋め込み再成長層、112はｎ側埋め込み
再成長層である。
Crドープ半絶縁性GaAs基板101上にアンドープAlGaAs
層102、104でGaAs活性層103をサンドイッチし二重ヘテ
ロ構造を構成する。その後、活性層の左右にｐ−AlGaAs
層105及びp+キャップ層、及びｎ−AlGaAs層107及びn+キ
ャップ層の埋め込みを行い、その上にコンタクト層10
6、108を形成し、さらにその上に電極109、110を形成し
たものである。
層102、104でGaAs活性層103をサンドイッチし二重ヘテ
ロ構造を構成する。その後、活性層の左右にｐ−AlGaAs
層105及びp+キャップ層、及びｎ−AlGaAs層107及びn+キ
ャップ層の埋め込みを行い、その上にコンタクト層10
6、108を形成し、さらにその上に電極109、110を形成し
たものである。
横注入型半導体レーザにおいては、同一平面に設けら
れた電極109、110間に電流を流し、左右のｐ−AlGaAs層
105、ｎ−AlGaAs層107から活性層103へキャリアを注入
すると、注入キャリアが閉じ込められて大きな電流密度
及び内部量子効率が得られる。また、クラッド層により
発光が有効に閉じ込められて小さなしきい値電流でレー
ザ発振が行われる。このような埋め込み型半導体レーザ
はしきい値電流が小さくとれるため通信用光源等に用い
ることができる。
れた電極109、110間に電流を流し、左右のｐ−AlGaAs層
105、ｎ−AlGaAs層107から活性層103へキャリアを注入
すると、注入キャリアが閉じ込められて大きな電流密度
及び内部量子効率が得られる。また、クラッド層により
発光が有効に閉じ込められて小さなしきい値電流でレー
ザ発振が行われる。このような埋め込み型半導体レーザ
はしきい値電流が小さくとれるため通信用光源等に用い
ることができる。
また、横注入型半導体レーザが半絶縁性基板上に形成
されるため、素子間の絶縁をとることができ、その結果
集積化を行うことができる特徴を有している。さらに、
ｐ型およびｎ型双方の電極が基板の表面にあることか
ら、他の光素子および電子デバイスとの集積化が容易で
あり、また接合容量が小さいため高速応答が可能である
という利点を有している。
されるため、素子間の絶縁をとることができ、その結果
集積化を行うことができる特徴を有している。さらに、
ｐ型およびｎ型双方の電極が基板の表面にあることか
ら、他の光素子および電子デバイスとの集積化が容易で
あり、また接合容量が小さいため高速応答が可能である
という利点を有している。
第４図は二方向注入型半導体レーザ装置の構造を示す
図である。図中、200はCrドープ半絶縁性GaAs基板、201
は高抵抗AlGaAs層、202はGaAs活性層、203はｐ−AlGaAs
クラッド層、204a、204bはｎ−AlGaAsクラッド層、205
a、205bはｎ−GaAsキャップ層、206はｐ−GaAsキャップ
層、207a、207b、208は電極である。
図である。図中、200はCrドープ半絶縁性GaAs基板、201
は高抵抗AlGaAs層、202はGaAs活性層、203はｐ−AlGaAs
クラッド層、204a、204bはｎ−AlGaAsクラッド層、205
a、205bはｎ−GaAsキャップ層、206はｐ−GaAsキャップ
層、207a、207b、208は電極である。
図において、半絶縁性基板200上に高抵抗AlGaAs層20
1、GaAs活性層（ノンドープあるいはｐ型ドープ）202、
ｐ−AlGaAsクラッド層、及びp+−GaAsコンタクト層の順
に積層する。その後、GaAs活性層202の左右両サイドに
ｎ−AlGaAsクラッド層及びn+−GaAsコンタクト層を埋め
込み、n+−GaAsコンタクト層及びp+−GaAsコンタクト層
上に電極207a、207bを形成する。
1、GaAs活性層（ノンドープあるいはｐ型ドープ）202、
ｐ−AlGaAsクラッド層、及びp+−GaAsコンタクト層の順
に積層する。その後、GaAs活性層202の左右両サイドに
ｎ−AlGaAsクラッド層及びn+−GaAsコンタクト層を埋め
込み、n+−GaAsコンタクト層及びp+−GaAsコンタクト層
上に電極207a、207bを形成する。
このような構造において、電極208と207a、207b間に
電流を供給すると、上側のｐ−AlGaAsクラッド層203か
ら正孔が注入され、左側あるいは右側のｎ−AlGaAsクラ
ッド層から電子が注入される。したがって、活性層には
二方向からキャリアの注入が行われ、この注入はそれぞ
れ独立して行うことができる。さらに活性層の下側のAl
GaAs層201は高抵抗層で左右のｎ−AlGaAsを電気的に分
離できるので、これらの素子を同一基板上に集積化する
ことが可能である。もちろん、活性層の上側クラッド層
をｎ型とし、活性層の左右両サイドのクラッド層をｐ型
としてもよく、また活性層もｐ型（あるいはｎ型）とし
てもよい。また、GaAs、AlGaAs系でなく他の材料、例え
ばInGaAs、InGaAsP等でも構成できる。
電流を供給すると、上側のｐ−AlGaAsクラッド層203か
ら正孔が注入され、左側あるいは右側のｎ−AlGaAsクラ
ッド層から電子が注入される。したがって、活性層には
二方向からキャリアの注入が行われ、この注入はそれぞ
れ独立して行うことができる。さらに活性層の下側のAl
GaAs層201は高抵抗層で左右のｎ−AlGaAsを電気的に分
離できるので、これらの素子を同一基板上に集積化する
ことが可能である。もちろん、活性層の上側クラッド層
をｎ型とし、活性層の左右両サイドのクラッド層をｐ型
としてもよく、また活性層もｐ型（あるいはｎ型）とし
てもよい。また、GaAs、AlGaAs系でなく他の材料、例え
ばInGaAs、InGaAsP等でも構成できる。
また、第４図において、ｐ型層の端子をオープンと
し、左右のｎ型クラッド層間に電圧を加えると、光入射
があるとキャリアが発生し、これが左右のクラッド層間
を通して流れるので、同一構造で光検出器の１種である
ホトトランジスタとしても動作する。そして、素子は高
抵抗層上に形成されているので、同一構造の素子を同一
基板上に複数個形成し、集積化が可能である。
し、左右のｎ型クラッド層間に電圧を加えると、光入射
があるとキャリアが発生し、これが左右のクラッド層間
を通して流れるので、同一構造で光検出器の１種である
ホトトランジスタとしても動作する。そして、素子は高
抵抗層上に形成されているので、同一構造の素子を同一
基板上に複数個形成し、集積化が可能である。
また、第４図に示す素子は３端子になっており、２方
向注入型レーザあるいはホトトランジスタとして使用で
き、半絶縁性基板に用いているため他の電子デバイスと
モノシックに集積化することが容易である。
向注入型レーザあるいはホトトランジスタとして使用で
き、半絶縁性基板に用いているため他の電子デバイスと
モノシックに集積化することが容易である。
〔発明が解決すべき課題〕 ところで、第３図に示す従来の横接合型のレーザおよ
びPIN受光器においては、ウエット方式によりAlxGa1-xA
s（0.2≦ｘ≦0.8）下クラッド層までメサ・エッチング
を行い、埋め込み再成長層を形成するための窪みを形成
するが、このとき現れるAlxGa1-xAsの表面はAlが酸化さ
れ易いために酸化膜で覆われてしまう。そこで埋め込み
再成長を行う直前に反応炉内でHCl等の反応性ガスを用
いて酸化膜の除去を行っていた。この表面の酸化膜の厚
みはエッチングプロセス等に大きく左右されるので、ガ
スエッチングで除去する膜厚はプロセス毎に調整する必
要があった。
びPIN受光器においては、ウエット方式によりAlxGa1-xA
s（0.2≦ｘ≦0.8）下クラッド層までメサ・エッチング
を行い、埋め込み再成長層を形成するための窪みを形成
するが、このとき現れるAlxGa1-xAsの表面はAlが酸化さ
れ易いために酸化膜で覆われてしまう。そこで埋め込み
再成長を行う直前に反応炉内でHCl等の反応性ガスを用
いて酸化膜の除去を行っていた。この表面の酸化膜の厚
みはエッチングプロセス等に大きく左右されるので、ガ
スエッチングで除去する膜厚はプロセス毎に調整する必
要があった。
また、ウエット方式のエッチングでは反応が激し過ぎ
るために、順メサ・エッチング、逆メサ・エッチングに
拘わらず、メサ面（エッチングしたときに現れる面で、
埋め込み再成長層側との間の界面を形成する斜面）単一
の面指数からなる平坦な面に形成することができなかっ
た。そのために活性層、上下クラッド層を含むストライ
プ層と再成長層との間にボイドまたはストレスが生じた
り、再成長直前の気相エッチングが均一にかからないと
いう問題が生じていた。
るために、順メサ・エッチング、逆メサ・エッチングに
拘わらず、メサ面（エッチングしたときに現れる面で、
埋め込み再成長層側との間の界面を形成する斜面）単一
の面指数からなる平坦な面に形成することができなかっ
た。そのために活性層、上下クラッド層を含むストライ
プ層と再成長層との間にボイドまたはストレスが生じた
り、再成長直前の気相エッチングが均一にかからないと
いう問題が生じていた。
第４図に示す構造のレーザおよびホトトランジスタに
ついても同様な問題点があった。
ついても同様な問題点があった。
本発明は上記課題を解決するためのもので、ストライ
プ層と埋め込み再成長層との間にボイドまたはストレス
が生ずるのを防止することができる光半導体装置を提供
することを目的とする。
プ層と埋め込み再成長層との間にボイドまたはストレス
が生ずるのを防止することができる光半導体装置を提供
することを目的とする。
そのために本発明は、ダブルヘテロ構造および実質的
に該ダブルヘテロ構造の左右にのみ形成された埋め込み
再成長層を有し、該埋め込み再成長層と接する順メサ面
が（111）面であることを特徴とする。
に該ダブルヘテロ構造の左右にのみ形成された埋め込み
再成長層を有し、該埋め込み再成長層と接する順メサ面
が（111）面であることを特徴とする。
本発明は、ダブルヘテロ構造および実質的に該ダブル
ヘテロ構造の左右にのみ形成された埋め込み再成長層を
有する光半導体装置の埋め込み再成長層と接する順メサ
面を（111）面としたので、ストライプ層と埋め込み再
成長層との間にボイドまたはストレスが生ずるのを防止
することができる。
ヘテロ構造の左右にのみ形成された埋め込み再成長層を
有する光半導体装置の埋め込み再成長層と接する順メサ
面を（111）面としたので、ストライプ層と埋め込み再
成長層との間にボイドまたはストレスが生ずるのを防止
することができる。
以下、実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の光半導体装置の一実施例の構造を示
す図であり、第３図と同一番号は同一内容を示してい
る。
す図であり、第３図と同一番号は同一内容を示してい
る。
光半導体装置としての動作は第３図に示すものと同じ
であるが、本発明においては、埋め込み再成長層と接す
るメサ面113、114が｛100｝、｛110｝、｛111｝のよう
な単一の面指数からなっている点が異なっている。
であるが、本発明においては、埋め込み再成長層と接す
るメサ面113、114が｛100｝、｛110｝、｛111｝のよう
な単一の面指数からなっている点が異なっている。
第１図の素子の製作方法は、まず、半絶縁性GaAs基板
｛100｝上にMOCVD法で１〜３μｍのアンドープAlxGa1-x
Asクラッド層（0.2＜ｘ＜0.7）、30Å以上且つ１μｍ以
下のAlyGa1-yAs活性層103（０≦ｙ≦0.3、かつｘ≧
ｙ）、0.3μｍ以上且つ２μｍ以下のAlxGa1-xAsクラッ
ド層104および50Å以上且つ0.1μｍ以下のアンドープGa
Asキャップ層を順にエピタキシャル成長させる。次にMO
CVD反応炉内でSiNxの保護膜を用いてHCl、CCl2F2、AsCl
3、またはCl2等の反応性ガスエッチングにより埋め込み
再成長層を形成するための窪みを形成し、その直後にｎ
−AlzGa1-zAsクラッド層（0.2≦ｚ≦0.5）およびｐ−Ga
Asコンタクト層を再成長させる。このようにガスエッチ
ングすることにより、単一の面指数からなるメサ面を形
成することができ、ストライプ方向を＜110＞に選ぶ
と、メサ面｛111｝が現れる。
｛100｝上にMOCVD法で１〜３μｍのアンドープAlxGa1-x
Asクラッド層（0.2＜ｘ＜0.7）、30Å以上且つ１μｍ以
下のAlyGa1-yAs活性層103（０≦ｙ≦0.3、かつｘ≧
ｙ）、0.3μｍ以上且つ２μｍ以下のAlxGa1-xAsクラッ
ド層104および50Å以上且つ0.1μｍ以下のアンドープGa
Asキャップ層を順にエピタキシャル成長させる。次にMO
CVD反応炉内でSiNxの保護膜を用いてHCl、CCl2F2、AsCl
3、またはCl2等の反応性ガスエッチングにより埋め込み
再成長層を形成するための窪みを形成し、その直後にｎ
−AlzGa1-zAsクラッド層（0.2≦ｚ≦0.5）およびｐ−Ga
Asコンタクト層を再成長させる。このようにガスエッチ
ングすることにより、単一の面指数からなるメサ面を形
成することができ、ストライプ方向を＜110＞に選ぶ
と、メサ面｛111｝が現れる。
第２図は本発明の光半導体装置の他の実施例の構造を
示す図であり、第４図と同一番号は同一内容を示してい
る。
示す図であり、第４図と同一番号は同一内容を示してい
る。
第２図に示す構造の素子の製作過程は以下の通りであ
る。
る。
Crドープ半絶縁性GaAs基板の上にMOCVD法により高抵
抗AlGaAs層（Al含有率約0.4,厚さ約1.5μｍ）、ｐ型GaA
s活性層（厚さ約0.15μｍ）、ｐ型AlGaAs層（Al含有率
約0.4,厚さ約1.0μｍ）、ｐ型GaAsキャップ層をエピタ
キシャル成長させる。次に、MOCVD反応炉内でSiNxの保
護膜を用いてHCl、CCl2F2、AsCl3、またはCl2等の反応
性ガスエッチングにより埋め込み再成長層を形成するた
めの窪みを形成し、その直後にｎ−AlGaAs層（Al含有率
約0.35）を埋め込み、さらにｎ型GaAsキャップ層を成長
させる。次にn,p電極を付けた後、それをマスクとして
n,p接合面に接するキャップ層を部分的にエッチングし
て除去する。これはキャリアがキャップ層間で再結合す
るのを防止するためである。なお、活性層幅は約２μ以
下が望ましい。
抗AlGaAs層（Al含有率約0.4,厚さ約1.5μｍ）、ｐ型GaA
s活性層（厚さ約0.15μｍ）、ｐ型AlGaAs層（Al含有率
約0.4,厚さ約1.0μｍ）、ｐ型GaAsキャップ層をエピタ
キシャル成長させる。次に、MOCVD反応炉内でSiNxの保
護膜を用いてHCl、CCl2F2、AsCl3、またはCl2等の反応
性ガスエッチングにより埋め込み再成長層を形成するた
めの窪みを形成し、その直後にｎ−AlGaAs層（Al含有率
約0.35）を埋め込み、さらにｎ型GaAsキャップ層を成長
させる。次にn,p電極を付けた後、それをマスクとして
n,p接合面に接するキャップ層を部分的にエッチングし
て除去する。これはキャリアがキャップ層間で再結合す
るのを防止するためである。なお、活性層幅は約２μ以
下が望ましい。
なお、上記実施例では横接合型について説明したが、
本発明は縦接合型にも同様に適用可能であり、その場合
は埋め込み再成長層が高抵抗層となる点が異なるのみで
メサ面を単一面指数とする点の作用効果は同様である。
本発明は縦接合型にも同様に適用可能であり、その場合
は埋め込み再成長層が高抵抗層となる点が異なるのみで
メサ面を単一面指数とする点の作用効果は同様である。
以上のように本発明によれば、埋め込み構造を有する
半導体レーザ、PIN受光器およびホトトランジスタ等の
光半導体装置において、メサ面を単一の面指数のみで形
成しているので、ストライプ層と埋め込み再成長層との
間にボイドまたはストレスが発生しなくなり、キャリア
が活性層に有効に注入され、素子特性も良好なものが得
られ、素子の寿命も長くなる。
半導体レーザ、PIN受光器およびホトトランジスタ等の
光半導体装置において、メサ面を単一の面指数のみで形
成しているので、ストライプ層と埋め込み再成長層との
間にボイドまたはストレスが発生しなくなり、キャリア
が活性層に有効に注入され、素子特性も良好なものが得
られ、素子の寿命も長くなる。
また、上記の各単一の面指数からなるメサ面をHCl、C
Cl2F2、AsCl3、またはCl2等の塩素系反応性ガスを含む
ガスによる気相エッチングによって形成することによ
り、従来のウエットプロセスで生じた酸化膜の除去をす
る必要がなくなり、再現性よく形成することが可能であ
る。
Cl2F2、AsCl3、またはCl2等の塩素系反応性ガスを含む
ガスによる気相エッチングによって形成することによ
り、従来のウエットプロセスで生じた酸化膜の除去をす
る必要がなくなり、再現性よく形成することが可能であ
る。
第１図は本発明の横注入型半導体レーザ装置の構造を示
す図、第２図は本発明の二方向注入型半導体レーザ装置
の構造を示す図、第３図は従来の横注入型半導体レーザ
装置の構造を示す図、第４図は従来の二方向注入型半導
体レーザ装置の構造を示す図である。 101……半絶縁性GaAs基板、102、104……高抵抗AlGaAs
層、103……GaAs活性層、105……ｐ−AlGaAsクラッド
層、107……ｎ−AlGaAsクラッド層、106……ｐ−GaAsキ
ャップ層、108……ｎ−GaAsキャップ層、109、110……
電極。
す図、第２図は本発明の二方向注入型半導体レーザ装置
の構造を示す図、第３図は従来の横注入型半導体レーザ
装置の構造を示す図、第４図は従来の二方向注入型半導
体レーザ装置の構造を示す図である。 101……半絶縁性GaAs基板、102、104……高抵抗AlGaAs
層、103……GaAs活性層、105……ｐ−AlGaAsクラッド
層、107……ｎ−AlGaAsクラッド層、106……ｐ−GaAsキ
ャップ層、108……ｎ−GaAsキャップ層、109、110……
電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−208885（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−280485（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−233589（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−1874（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】ダブルヘテロ構造および実質的に該ダブル
ヘテロ構造の左右にのみ形成された埋め込み再成長層を
有し、該埋め込み再成長層と接する順メサ面が（111）
面であり、横注入型であることを特徴とする光半導体装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08069389A JP3241360B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08069389A JP3241360B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 光半導体装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19917399A Division JP3306390B2 (ja) | 1999-07-13 | 1999-07-13 | 光半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02260586A JPH02260586A (ja) | 1990-10-23 |
| JP3241360B2 true JP3241360B2 (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=13725412
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP08069389A Expired - Fee Related JP3241360B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3241360B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2522043B2 (ja) * | 1989-04-24 | 1996-08-07 | 日本電気株式会社 | ▲ｉｉｉ▼―▲ｖ▼族化合物半導体のパタ―ン形成方法 |
| JP5918611B2 (ja) * | 2012-04-17 | 2016-05-18 | 日本電信電話株式会社 | 光半導体素子 |
| WO2018037450A1 (ja) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 富士通株式会社 | 光デバイス及び光デバイスの製造方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5712579A (en) * | 1980-06-26 | 1982-01-22 | Tokyo Inst Of Technol | Buried type semiconductor laser |
| JPS6466988A (en) * | 1987-09-08 | 1989-03-13 | Seiko Epson Corp | Manufacture of semiconductor laser |
| JPH01189185A (ja) * | 1988-01-23 | 1989-07-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 埋込み構造半導体レーザの製造方法 |
| JPH01202889A (ja) * | 1988-02-08 | 1989-08-15 | Nec Corp | 埋め込みヘテロ構造半導体発光素子 |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP08069389A patent/JP3241360B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02260586A (ja) | 1990-10-23 |
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