JPH01220493A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体レーザ装置に関する。

〔従来の技術〕

従来から■−ｖ族化合物を用いた発光ダイオード、フォ
トダイオード等の光半導体素子が光ファィバ通信、光情
報処理のキーデバイスとして用いられている。特に、半
導体レーデ装置は長距離・大容量光ファイバ通信ンステ
ムの開発、実用化を実現する上で最も重要な素子であり
、近年高速素子の開発が進められている。

ところで、半導体レーザ装置の高速化を図るには２発光
領域である活性層領域以外に存在する余分な容量（寄生
容量）を小さくすることが重要であり、これによって、
高周波信号の漏れを低減することができる。この点につ
いては、「昭和５８年春季電子通信学会総合全国大会講
演論文集」の論文番号９１８に指摘されている。上記の
寄生容量を低減させるには、活性層の直上の半導体表面
層以外の領域に比較的誘電率の大きな５ｉ０２等の絶縁
膜を形成すれば良く、このようにすることによって半導
体レーザ装置は２　Ｇｂ　／　ｓ程度の高速での変調が
可能となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、光通信用の光源として使用されている半導体
レーデ装置の場合、埋め込み型半導体レーデ電流狭窄機
構としてｐ−ｎ逆バイアス接合を用いているため、ｐ−
ｎ接合容量が大きく、高周波の信号電流はこのｐ−ｎ接
合と半導体層の抵抗を介して活性層以外の領域に漏れて
しまう。この為半導体層表面にＳｉＯ２等の絶縁膜を形
成するだけでは超高速半導体レーザ装置を得ることがで
きない。さらに、５ｉ０２自体も容量を持っており９例
えば１通常の半導体レーザ素子の寸法程度の面積（３０
０Ｘ２５０μｍ２）に、厚さ３０００＾程度のＳ　ｒ　
０２膜を形成した場合、５ｉ０２自身の持つ容量は１０
　ｐＦ程度となり、　５　ＧＨｚ以上の高周波の変調に
対しては十分に小さな容量とは言えない。また＋　Ｓ＋
０２と半導体との熱膨張率は一桁程度違うので８１０２
形成後に半導体内部に歪が残り、半導体レーザの信頼性
に悪い影響を与えるという問題点がある。

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、半導体レーデ
装置内部の接合容量を極力低減し、かつ。

活性層に通じる電流経路以外の領域を高抵抗化すること
により、高周波電流を効果的に活性層に集中し、超高速
変調可能でかつ高信頼な半導体レーザ装置を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による半導体レーザ装置は、半絶縁性基板と、該
半絶縁性基板の一主面上に形成された第１の導電型半導
体層ｍ尋と、該第１の導電型半導体層の一部に順次形成
された活性層、第２の導電型半導体層、及びコンタクト
層とを有し、該活性層、第２の導電型半導体層、及びコ
ンタクト層の側面が逆メサ面に形成されていることを特
徴としており、その製造方法は半絶縁性基板の一主面に
逆メサ面を有する段差を形成する第１の工程と、前記段
差をうめるように該一主面上に第１の導電型半導体層、
活性層、第２の導電型半導体層。

及びコンタクト層を有する半導体層を順次積層する第２
の工程と、前記活性層、第２の導電型半導体層、及びコ
ンタクト層をその一部を残して除去し、前記第１の導電
型半導体層を露出させるとともに該活性層、第２の導電
型半導体層、及びコンタクト層の側面を逆メサ面に形成
する第３の工程とを有することを特徴としている。

〔作用〕

本発明では２発光領域である活性層の周囲は高抵抗半導
体層と空気で覆われているため、いわゆる寄生容量の存
在が極めて少ない。従って、半導体内部を流れる信号電
流は高周波域まで殆ど全て活性層に供給され、高周波特
性の優れた半導体レーザ装置となる。さらに、逆メサ面
を形成したことにより、セルファラインでｐ側とｎ側の
電極が同時に形成できるため、再現性良く、製造歩留り
の高い半導体レーザ装置が容易に得られる。

〔実施例〕

次に１本発明について実施例によって説明する。

第１図に本発明の第１の実施例を示す。第１図を参照し
て、　ＩｎＰ半絶縁性基板（高抵抗基板）１の一主面に
は逆メサ面を有する段差が形成され、この−主面は第１
の面と第１の面の下方に位置する第２の面とに分かれて
いる。第２の面（凹面）にはｎ　−ＩｎＰバッファ層２
　、　ＩｎＧａＡｓＰ活性層３．ｐ−ＩｎＰクラッド層
４　＋　ｐ　−ＩｎＧａＡｓＰ　ニア　７タクト層５が
順次形成され、　ＩｎＧａＡｓＰ活性層３　、　ｐ−Ｉ
ｎＰり一部を残してエツチングされ１図中右側面が逆メ
サ面形状となっている。これによって、後述するように
１回の蒸着工程でｐ側電極７とｎ側電極６はセルファラ
インに分離形成できる。この構造では。

ＩｎＧａＡｓＰ活性層３の周囲は高抵抗半導体層もしく
は空気であるのでｐ側電極７から注入された信号電流は
殆ど全てＩ　ｎＧａＡｓＰ活性層３に流れるため。

高周波応答特性に優れている。

第２図（ａ）〜（ｄ）に第１の実施例の製作工程を示す
。

まず第２図（ａ）に示すように、窒化シリコン膜１１を
マスクとしてＩｎＰ半絶縁性基板１のほぼ半分を約６μ
ｍの深さまでエツチングする。この際、エツチングは＜
１００＞方向とし、エツチング液としてブロムメチル溶
液（ブロム０．２　ＣＣとメチルアルコールｔｏｏｃｃ
の混合溶液）を用いることによυ２２図示ように逆メサ
面の段差を有するエツチング面が形成できる。

次に第２図（ｂ）に示すように、窒化シリコン膜１１を
マスクとして、上記のエツチング面（第２の面）にｎ　
−ＩｎＰバッファ層２を２　Ａｉｍ　、ＩｎＧａＡｓＰ
活性層３を０．１　／Ａｍ、　ｐ　−ＩｎＰクラッド層
４を２μｍ＊ｐ−Ｉ　ｎＧａＡａＰコンタクト層５を１
μｍ、ＭＯ−ＣＶＤ装置を用いて順次形成する。ここで
は、マスクとして窒化シリコン膜１１を用いているので
マスク上にはポリ結晶が成長されに＜＜、更に逆メサの
面の段差が形成されているので各層の成長面は比較的平
坦に成長する。

その後、第２図（ｃ）に示すように、バッフアートフッ
酸を用いて窒化シリコン膜１１を除去した後に、新たに
窒化シリコン膜１２を形成し、これをマスクとしてＭＯ
−ＣＶＤ装置で形成したｎ　−ＩｎＰバッファ層２　＋
　ＩｎＧａＡｖＰ活性層３　、　ｐ　−ＩｎＰクラッド
層４　ｅ　ｐ　−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層５をブロ
ムメチル溶液を用いて、少なくともｎ　−ＩｎＰバッフ
ァ層２が露出するまでエツチングを行う。この際、マス
クである窒化シリコン膜は、エツチング後にＩ　ｎＧａ
ＡｓＰ活性層３の幅が約１μｍ程度になるように形成さ
れる。

次に、第２図（ｄ）に示すように、バッフアートフッ酸
を用いて窒化シリコン膜１２を除去したあと。

ｐ側電極７とｎ側電極６を同時に蒸着する。ここでは蒸
着金属としてＣｒとＡｕを抵抗加熱真空蒸着法により順
次蒸着した。真空蒸着法では高真空中で蒸着を行うため
に、蒸着する金属は蒸着源からほぼ直線的に進む。従っ
て蒸着源を第２図（ｄ）の左斜め上に置いて蒸着を行え
ば２図示のようにｐ側電極７とｎ側電極６とを同時に分
離して形成できる。

更に、３８０℃の水素雰囲気中で５分間熱処理を行った
後、　ＩｎＰ半絶縁性基板１側（下面）の鏡面研摩を行
い、厚さ約１５０μｍにした後、融着用金属としてＴｉ
、ＡｕをＩｎＰ半絶縁性基板側に順次形成して融着用電
極８とし、プロセスを終了する。

上述の半導体レーザ装置は、　ＩｎＧａＡｓＰ活性層３
の両脇が高抵抗層或いは空気で覆われている。従ってｐ
−ｎ接合等による余分な接合容量が殆ど存在しないため
に、電極金属から供給された電気信号は、直流から高周
波領域に渡ってその殆どがＩｎＧａＡｓＰ活性層３に供
給される。このため高周波応答特性に優れる半導体レー
デ装置が供給される。

この半導体レーザウェファを、共振器長が３００μｍと
なるようにへき開を行い、ストリップライン上に直接融
着を行いて、半導体レーザ装置を組立てて、小信号周波
数特性を測定した。その結果。

発振閾値の２倍のバイアス電流値に於て３ｄＢ帯域とし
て１０　ＧＨｚ以上の値が得られた。この３ｄＢ帯域は
短共振器化による光子密度の増加、フォトンライフタイ
ムの減少、冷却等を施すことにより更に高い値になる。

第３図（ａ）〜（、）に本発明の第２の実施例の製作工
程を示す。第２の実施例では、第３図（ａ）〜（ｃ）に
示す工程は第２図（、）〜（ｃ）に示す工程と同様であ
る。

第３図（ｄ）に示すように、ブロムメチル溶液でｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰコンタクト層５　、　ｐ　−ＩｎＰクラッ
ド層。

ＩｎＧａＡｓＰ活性層３をエツチングした後に、　Ｉｎ
ＧａＡｓＰの選択エツチング液である硫酸系エッチャン
ト（水１．過酸化水素１．硫酸３の割合の混合液）を用
いてＩｎＧａＡｓＰ活性層３を選択的にエツチングする
。この時、エツチング後のＩ　ｎＧａＡｓＰ活性層３の
幅は約１μｍであった。次に通常のマストランスポート
法（「アプライド・フイジツクス・レター（Ａｐｐｌｉ
ｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）　Ｊ　＋　４
０巻、７号（１９８２年）の５６８〜５７０頁参照）に
よりｎ−ＩｎＰ層２０を形成する。即ち、　ＩｎＧａＡ
ｓＰ活性層３の片側全マストランスポート法によりｎ　
−ＩｎＰ層２０を埋め込んでいる。その後、第３図（ｅ
）に示す工程で第２図（ｄ）の工程と同様の工程を行う
。この構造でばＩ　ｎＧａＡｓＰ活性層３の周囲が屈折
率のわずかに低いＩｎＰ層で覆われているため、半導体
レーザの発掘横モードを基本モードにするモード制御構
造が実現できる。更にマストランスポート領域は僅かで
あるので、高周波応答特性の劣化も非常に僅かで済む。

またＩｎＧａＡｓＰ活性層３が空気にさらされていない
ので信頼性が向上する。

小信号周波数特性を測定した結果、この第２の実施例の
半導体レーザ装置では、基本横モードで発振しかつ３　
ｄＢ帯域として１０　ＧＨｚのものが得られた。

なお、第１図、第２図及び第３図に示す実施例において
は、　ＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザ装置について説明
したが、その他の材料１例えはＧａＡｌＡｓ系等の半導
体レーザ装置にも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明では２発光領域近傍以外の部
分を高抵抗半導体層で覆うことにより。

半導体レーザ内部の寄生容量を極力除去することが可能
になる。又、逆メサエツチング面を利用してｐ、ｎ電極
を同時にセルファラインで形成できるため量産性に優れ
、かつ製造歩留りに優れる。

更にＳ　ｉＯ２等の誘電体膜を使用していないため、信
頼性についても大幅に向上する。このように２本発明で
は、　１０　ＧＨｚ以上の変調帯域を有し、かつ信頼性
にも優れる超高速半導体レーザ装置を容易に得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構造を示す断面図、第
２図（、）〜（ｄ）は第１図に示す実施例の製作工程を
順に示す断面図、第３図（ａ）〜（、）は本発明の第２
の実施例の製作工程を示す断面図である。 図において１はＩｎＰ半絶縁性基板、２はｎ−ＩｎＰバ
ッファ層、３はＩｎＧａＡａＰ活性層、４はｐ−ＩｎＰ
クラッド層、５はｐ　−ＩｎＧａＡａＰコンタクト層。 ２０ｆｄ　ｎ　−ＩｎＰマストランスポート埋め込み層
である。 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半絶縁性基板と、該半絶縁性基板の一主面上に形成
   された第１の導電型半導体層と 該第１の導電型半導体層の一部に順次形成された活性層
   、第２の導電型半導体層及びコンタクト層とを有し、該
   活性層、第２の導電型半導体層及びコンタクト層の側面
   が逆メサ面に形成されていることを特徴とする半導体レ
   ーザ装置。 ２、特許請求の範囲第１項の記載において、前記活性層
   の前記逆メサ面側には該活性層よりも屈折率の小さい導
   電型半導体層が埋め込まれていることを特徴とする半導
   体レーザ装置。 ３、半絶縁性基板の一主面に逆メサ面を有する段差を形
   成する第１の工程と、前記段差をうめるように該一主面
   上に第１の導電型半導体層、活性層、第２の導電型半導
   体層及びコンタクト層を有する半導体層を順次積層する
   第２の工程と、前記活性層、第２の導電型半導体層及び
   コンタクト層をその一部を残して除去し、前記第１の導
   電型半導体層を露出させるとともに該活性層、第２の導
   電型半導体層、及びコンタクト層の側面を逆メサ面に形
   成する第３の工程とを有することを特徴とする半導体レ
   ーザ装置の製造方法。 ４、特許請求の範囲第３頁の記載において、さらに、前
   記活性層は前記逆メサ面側の一部を除去し、該活性層よ
   りも屈折率の小さい導電型半導体層を埋め込む第４の工
   程を有することを特徴とする半導体レーザの製造方法。