JPH0156548B2 - - Google Patents
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- JPH0156548B2 JPH0156548B2 JP55005755A JP575580A JPH0156548B2 JP H0156548 B2 JPH0156548 B2 JP H0156548B2 JP 55005755 A JP55005755 A JP 55005755A JP 575580 A JP575580 A JP 575580A JP H0156548 B2 JPH0156548 B2 JP H0156548B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES 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
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
- H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
- H01S5/06203—Transistor-type lasers
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
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- H01S5/20—Structure 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
- H01S5/22—Structure 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
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- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体レーザー素子に関する。
本発明は半導体レーザー素子を直接変調を可能
とする新規な構造を提供する。又、本発明は半導
体レーザー素子のモード制御を可能ともする新規
な構造を提供する。
とする新規な構造を提供する。又、本発明は半導
体レーザー素子のモード制御を可能ともする新規
な構造を提供する。
半導体レーザ素子は小形、高効率で、高速変調
が可能なことから、光通信を始め、データバス、
コンピユータリング等種々の用途が考えられてい
る。
が可能なことから、光通信を始め、データバス、
コンピユータリング等種々の用途が考えられてい
る。
しかし、半導体レーザー素子を変調するには、
通常30〜200ｍＡの電流パルスを該素子に印加す
るが、変調信号が１〜2Gbit／sec程度の高速にな
ると通常のシリコン・トランジスタでこの様な大
電流パルスを作ることは一般に困難である。
通常30〜200ｍＡの電流パルスを該素子に印加す
るが、変調信号が１〜2Gbit／sec程度の高速にな
ると通常のシリコン・トランジスタでこの様な大
電流パルスを作ることは一般に困難である。
本発明はこうした従来技術にない高速変調用光
源として有用な半導体レーザー素子を提供するも
のである。
源として有用な半導体レーザー素子を提供するも
のである。
本発明の基本思想はレーザー素子の電流制御に
電界効果型トランジスタ（以下、FETと略称す
る。）の動作原理を組み込むものである。この場
合、レーザー素子に流れる電流が、実質的に縦方
向に電流が流れるFETの電流となる如く構成す
る。
電界効果型トランジスタ（以下、FETと略称す
る。）の動作原理を組み込むものである。この場
合、レーザー素子に流れる電流が、実質的に縦方
向に電流が流れるFETの電流となる如く構成す
る。
第１図は本発明の代表的な例を示す素子断面図
である。図はレーザー光の進行方向に垂直な方向
の断面を示すものである。
である。図はレーザー光の進行方向に垂直な方向
の断面を示すものである。
１はＰ形GaAs基板、２は第１のクラツド層で
Ｐ形Ga0.7Al0.3As層、３はｎ形GaAs層でレーザ
ー素子の活性層となる、４は第２のクラツド層で
ｎ形Ga0.7Al0.3As層、７はｎ形GaAs層である。
各半導体層はGaAs基板１上に順次形成される。
次に選択的にメサエツチングを行ない、ストライ
プ状の半導体積層領域を形成する。次にこの半導
体積層領域の両側に高比抵抗のGaAs層５を成長
させる。この構造はいわゆるBH型（Buried
Hetero Structure）構造と称されている構造で
ある。なお、半導体レーザー素子部を構成するク
ラツド層および活性層の関係は通常の半導体レー
ザーと同様とすることはいうまでもない。即ちク
ラツド層は活性層に比較し禁制帯幅が相対的に大
きく、且屈折率は小さい。又、第１、第２のクラ
ツド層は互いに反対導電型を有する。更に本発明
の半導体レーザー素子ではＰ形の島状領域６を形
成される。島状領域の形成は選択拡散又はイオン
打込み等の手段を用いて十分である。外部への取
出し電極として絶縁層１０を介して、電極８，９
が設けられる。一方、GaAs基板１の裏面にも電
極１１が形成される。なお、当然ストライプ方向
と垂直な面はフアブリペロ反射面となつている。
Ｐ形Ga0.7Al0.3As層、３はｎ形GaAs層でレーザ
ー素子の活性層となる、４は第２のクラツド層で
ｎ形Ga0.7Al0.3As層、７はｎ形GaAs層である。
各半導体層はGaAs基板１上に順次形成される。
次に選択的にメサエツチングを行ない、ストライ
プ状の半導体積層領域を形成する。次にこの半導
体積層領域の両側に高比抵抗のGaAs層５を成長
させる。この構造はいわゆるBH型（Buried
Hetero Structure）構造と称されている構造で
ある。なお、半導体レーザー素子部を構成するク
ラツド層および活性層の関係は通常の半導体レー
ザーと同様とすることはいうまでもない。即ちク
ラツド層は活性層に比較し禁制帯幅が相対的に大
きく、且屈折率は小さい。又、第１、第２のクラ
ツド層は互いに反対導電型を有する。更に本発明
の半導体レーザー素子ではＰ形の島状領域６を形
成される。島状領域の形成は選択拡散又はイオン
打込み等の手段を用いて十分である。外部への取
出し電極として絶縁層１０を介して、電極８，９
が設けられる。一方、GaAs基板１の裏面にも電
極１１が形成される。なお、当然ストライプ方向
と垂直な面はフアブリペロ反射面となつている。
外部取出し電極は９がFETのソース電極、１
１がドレイン電極となる様に配線する。電極８は
FETのゲート電極となる。第２図に図示したよ
うに、各電極に電圧を印加すれば、ゲートバイア
スによつて空乏層１２が生じ、レーザー素子の活
性層を流れる電流の領域が１３と制限される。
１がドレイン電極となる様に配線する。電極８は
FETのゲート電極となる。第２図に図示したよ
うに、各電極に電圧を印加すれば、ゲートバイア
スによつて空乏層１２が生じ、レーザー素子の活
性層を流れる電流の領域が１３と制限される。
レーザー光を変調することが必要な場合、ゲー
ト・バイアスに変調信号を重畳することで、レー
ザ発振を変調せしむることが出来る。
ト・バイアスに変調信号を重畳することで、レー
ザ発振を変調せしむることが出来る。
半導体レーザー素子の活性層におけるストライ
プ幅は、レーザーの発振モードに大きな影響を与
える。本発明の半導体レーザー素子によれば、ゲ
ート・バイアスを制御することによつてレーザー
の発振モードを制御することが出来る。
プ幅は、レーザーの発振モードに大きな影響を与
える。本発明の半導体レーザー素子によれば、ゲ
ート・バイアスを制御することによつてレーザー
の発振モードを制御することが出来る。
実施例 １
第１図を用いて説明する。
（100）面を上面に持つＰ型GaAs基板（正孔
濃度Ｐ1018／cm3）１面上にｐ−Ga0.65Al0.35As
層（ｐ〜1018／cm3、厚さ1.6μｍ）２、アンドーブ
Ga0.95Al0.05As層（厚さ0.1μｍ）３、ｎ−Ga0.65
Al0.35As層（ｎ〜５×1018／cm3、厚さ2μｍ）４お
よびｎ−GaAs層（厚さ0.2μｍ）７の各層を成長
させる。
濃度Ｐ1018／cm3）１面上にｐ−Ga0.65Al0.35As
層（ｐ〜1018／cm3、厚さ1.6μｍ）２、アンドーブ
Ga0.95Al0.05As層（厚さ0.1μｍ）３、ｎ−Ga0.65
Al0.35As層（ｎ〜５×1018／cm3、厚さ2μｍ）４お
よびｎ−GaAs層（厚さ0.2μｍ）７の各層を成長
させる。
半導体層７面上に厚さ5000ÅのSiO2膜をCVD
法で形成する。このSiO2膜を周知のフオトリン
グラフテイー技術で幅5μｍのストライプ状に食
刻する。このSiO2膜をマスクとして半導体層２，
３，４および７を食刻液りん酸、過酸化水素、水
の混合液で食刻する。
法で形成する。このSiO2膜を周知のフオトリン
グラフテイー技術で幅5μｍのストライプ状に食
刻する。このSiO2膜をマスクとして半導体層２，
３，４および７を食刻液りん酸、過酸化水素、水
の混合液で食刻する。
再度液相エピタキシヤル法に依つて埋め込み用
の半導体層５としてGa0.7Al0.3As層を成長せしめ
る。この層は、高比抵抗（1kΩ・cm）とする。
の半導体層５としてGa0.7Al0.3As層を成長せしめ
る。この層は、高比抵抗（1kΩ・cm）とする。
次いで、厚さ0.2μｍのAl2O3、および厚さ0.3μ
ｍのSiO2の二層の絶縁膜を周知のCVD
（Chemical Vapor Deposition）法で形成する。
上記二層の絶縁膜の本発明の半導体レーザー素子
のゲート電極取り出し部に対応する部分を２条互
に2μｍの間隔を持たせて開孔する。食刻液は弗
化水素と沸化アンモニウムの混合液（１：6SiO2
用）、リン酸（Al2O3用）である。このSiO2−
Al2O3二層膜が選択拡散用マスクとなる。この開
孔を通して周知の選択拡散技術によりZnを第２
のクラツド層４に到達するまで拡散する。６が
Zn拡散領域である。
ｍのSiO2の二層の絶縁膜を周知のCVD
（Chemical Vapor Deposition）法で形成する。
上記二層の絶縁膜の本発明の半導体レーザー素子
のゲート電極取り出し部に対応する部分を２条互
に2μｍの間隔を持たせて開孔する。食刻液は弗
化水素と沸化アンモニウムの混合液（１：6SiO2
用）、リン酸（Al2O3用）である。このSiO2−
Al2O3二層膜が選択拡散用マスクとなる。この開
孔を通して周知の選択拡散技術によりZnを第２
のクラツド層４に到達するまで拡散する。６が
Zn拡散領域である。
選択拡散用マスクである二層の絶縁膜を除去
し、改めて厚さ5000ÅのSiO2膜１０CVD法で形
成する。通常のフオトリソグラフイー技術を用い
て、SiO2膜１０に電極取り出し用の開孔を設け
る。ソースの取り出し電極として、Au−Ge合
金、NiおよびAuを三層に0.8μｍに蒸着する。又、
ゲート電極はCrAuを蒸着した。次いで、前記半
導体基板１の裏面を研磨し、軽く食刻した後Cr
−Au合金を蒸着しｐ側電極１１となす。
し、改めて厚さ5000ÅのSiO2膜１０CVD法で形
成する。通常のフオトリソグラフイー技術を用い
て、SiO2膜１０に電極取り出し用の開孔を設け
る。ソースの取り出し電極として、Au−Ge合
金、NiおよびAuを三層に0.8μｍに蒸着する。又、
ゲート電極はCrAuを蒸着した。次いで、前記半
導体基板１の裏面を研磨し、軽く食刻した後Cr
−Au合金を蒸着しｐ側電極１１となす。
最後にレーザー光の進行方向と垂直な面で結晶
面を劈開し光共振器を構成する。レーザー長は
300μｍとした。
面を劈開し光共振器を構成する。レーザー長は
300μｍとした。
なお、以上の例はゲートの動作をせむる不純物
の島状領域６は拡散法によつたが、別な方法たと
えばイオン打込み法に依つても良い。
の島状領域６は拡散法によつたが、別な方法たと
えばイオン打込み法に依つても良い。
実施例 ２
本発明はGaAs−GaAlAs系材料に限らず、他
の半導体材料によつても実現出来ることはいうま
でもない。
の半導体材料によつても実現出来ることはいうま
でもない。
たとえば、次の様な構成によつて本発明の半導
体発光素子を実現出来る。
体発光素子を実現出来る。
基本的工程は前述の例と同様であるので簡潔に
主な構成を説明する。
主な構成を説明する。
成長用半導体基板は（100）面を上面に持つ
InP基板（Snドープ、３×1018／cm3）１を用い
る。この上部に第１のクラツド層２としてｎ型
InP層（Teドーブ、ｎ３×1018／cm3）3μｍの厚
に、活性層３としてｐ型In0.73Ga0.27As0.59P0.41層
（Znドープ、Ｐ１×1018／cm3）を0.2μｍの厚さ
に、第２のクラツド層４としてｐ型InP層（Znド
ープ、Ｐ２×1018／cm3）を2μｍの厚さに、更に
この上部にｐ型In0.73Ga0.27As0.59P0.41層を0.2μｍ
の厚さに液相エピタキシヤル成長を行なう。この
層は、結晶成長上必要であり、素子構造上は必ず
しも必要でないため、プロセス時に除いてもよ
い。
InP基板（Snドープ、３×1018／cm3）１を用い
る。この上部に第１のクラツド層２としてｎ型
InP層（Teドーブ、ｎ３×1018／cm3）3μｍの厚
に、活性層３としてｐ型In0.73Ga0.27As0.59P0.41層
（Znドープ、Ｐ１×1018／cm3）を0.2μｍの厚さ
に、第２のクラツド層４としてｐ型InP層（Znド
ープ、Ｐ２×1018／cm3）を2μｍの厚さに、更に
この上部にｐ型In0.73Ga0.27As0.59P0.41層を0.2μｍ
の厚さに液相エピタキシヤル成長を行なう。この
層は、結晶成長上必要であり、素子構造上は必ず
しも必要でないため、プロセス時に除いてもよ
い。
FETのゲート動作のための不純物拡散を行な
いｎ型の島状領域６を形成する。
いｎ型の島状領域６を形成する。
FETのドレイン電極９をCr−Auおよびゲート
電極８をAu−Ge−Niとして、絶縁層１０を介し
て形成することは実施例１と同様である。半導体
基板１の裏面にソース電極としてAu−Ge−Niを
蒸着せしめる。最後にレーザー光の進行方向と垂
直な面で結晶面を劈開し光共振器を構成する。
電極８をAu−Ge−Niとして、絶縁層１０を介し
て形成することは実施例１と同様である。半導体
基板１の裏面にソース電極としてAu−Ge−Niを
蒸着せしめる。最後にレーザー光の進行方向と垂
直な面で結晶面を劈開し光共振器を構成する。
比較例 ３
本比較例はFETのゲートの動作をせしむる島
状領域の変形例を示すものである。第３図を用い
て説明する。（100）面を上面に持つｎ型GaAs基
板（電子濃度ｎ1018／cm3）１４面上に次の各層
をスライド・ボードを用いた周知の液相エピタキ
シヤル法に依つて形成する。
状領域の変形例を示すものである。第３図を用い
て説明する。（100）面を上面に持つｎ型GaAs基
板（電子濃度ｎ1018／cm3）１４面上に次の各層
をスライド・ボードを用いた周知の液相エピタキ
シヤル法に依つて形成する。
第１のクラツド層となる半導体層１６はｎ型
Ga0.7Al0.3As層（ｎ５×1017／cm3）を厚さ2μｍ
に、活性層となる半導体層１８はｎ型GaAs層
（ｎ1016／cm3）を厚さ0.1μｍに、第２のクラツ
ド層となる半導体層２１はｐ型Ga0.7Al0.3As層
（正孔濃度ｐ５×1017／cm3）を厚さ1μｍに、次
いで半導体層２２としてｐ型GaAs（ｐ１×
1018／cm3）を厚さ0.3μｍに形成する。
Ga0.7Al0.3As層（ｎ５×1017／cm3）を厚さ2μｍ
に、活性層となる半導体層１８はｎ型GaAs層
（ｎ1016／cm3）を厚さ0.1μｍに、第２のクラツ
ド層となる半導体層２１はｐ型Ga0.7Al0.3As層
（正孔濃度ｐ５×1017／cm3）を厚さ1μｍに、次
いで半導体層２２としてｐ型GaAs（ｐ１×
1018／cm3）を厚さ0.3μｍに形成する。
次いで、厚さ0.2μｍのAl2O3、および厚さ0.3μ
ｍのSiO2の二層の絶縁膜を周知のCVD
（Chemical Vapor Deposition）法で形成する。
上記二層の絶縁膜の、FETのゲート部を構成す
る島状領域１７に対応する部分に開孔し、選択拡
散用マスクとなす。食刻液は沸化アンモニウム混
合液（１：6SiO2用）、リン酸（Al2O3用）であ
る。この開孔を通して周知の選択拡散技術により
Znを深さは半導体層１４に到達するまで拡散す
る。しかる後、プロトン打込により、高比抵抗の
島状領域１９を形成し、半導体層２１における横
方向の電流継路を断つ。ドレイン電極２３と、ゲ
ート電極２４は、Cr−Auを蒸着することで、同
時に形成し、ソース電極２５として、Au−Ge−
Niを蒸着する。レーザー光の進行方向と垂直な
面で結晶面を劈開し光共振器を構成することは前
述した通りである。動作時には、空乏層１５が生
成され電流がしぼり込まれる。
ｍのSiO2の二層の絶縁膜を周知のCVD
（Chemical Vapor Deposition）法で形成する。
上記二層の絶縁膜の、FETのゲート部を構成す
る島状領域１７に対応する部分に開孔し、選択拡
散用マスクとなす。食刻液は沸化アンモニウム混
合液（１：6SiO2用）、リン酸（Al2O3用）であ
る。この開孔を通して周知の選択拡散技術により
Znを深さは半導体層１４に到達するまで拡散す
る。しかる後、プロトン打込により、高比抵抗の
島状領域１９を形成し、半導体層２１における横
方向の電流継路を断つ。ドレイン電極２３と、ゲ
ート電極２４は、Cr−Auを蒸着することで、同
時に形成し、ソース電極２５として、Au−Ge−
Niを蒸着する。レーザー光の進行方向と垂直な
面で結晶面を劈開し光共振器を構成することは前
述した通りである。動作時には、空乏層１５が生
成され電流がしぼり込まれる。
比較例 ４
本比較例は、ゲートによる電流狭搾で、電流の
流れる領域が細い帯状になることを利用した、ゲ
イン・ガイド型レーザー（レーザー光を閉じ込め
るための屈折率差を特に横方向に設けなくとも良
い。）を示す。第４図を用いて説明する。
流れる領域が細い帯状になることを利用した、ゲ
イン・ガイド型レーザー（レーザー光を閉じ込め
るための屈折率差を特に横方向に設けなくとも良
い。）を示す。第４図を用いて説明する。
p+−GaAs基板４１上に次の各半導体層を周知
の液相エピタキシヤル法で成長せしめる。
の液相エピタキシヤル法で成長せしめる。
第１のクラツド層となる半導体層４２として
p+−Ga0.7Al0.3As層を1μｍないし2μｍ、活性層４
３としてアンドープGaAs層を0.05μｍないし0.2μ
ｍ、次いでn+−Ga0.7Al0.3As層４４を0.1μｍない
し0.2μｍ設ける。層４４は必らずしも必要でない
が、温度上昇に伴なう光出力の低下を防止するに
効果を泰する。このため層４４は層４５より高濃
度にする必要があり、この例では２×1017／cm3を
用いた。ｎ−Ga0.7Al0.3As層４５を1μｍないし2μ
ｍ、最後にキヤツプ層４６としてｎ−GaAs層を
形成する。実施例１で述べた方法と材料を用い
て、Ｐチヤンネル４７の形成と、ソース電極５
０、ドレイン電極５１、ゲート電極４９を形成す
る。４８は、絶縁層である。
p+−Ga0.7Al0.3As層を1μｍないし2μｍ、活性層４
３としてアンドープGaAs層を0.05μｍないし0.2μ
ｍ、次いでn+−Ga0.7Al0.3As層４４を0.1μｍない
し0.2μｍ設ける。層４４は必らずしも必要でない
が、温度上昇に伴なう光出力の低下を防止するに
効果を泰する。このため層４４は層４５より高濃
度にする必要があり、この例では２×1017／cm3を
用いた。ｎ−Ga0.7Al0.3As層４５を1μｍないし2μ
ｍ、最後にキヤツプ層４６としてｎ−GaAs層を
形成する。実施例１で述べた方法と材料を用い
て、Ｐチヤンネル４７の形成と、ソース電極５
０、ドレイン電極５１、ゲート電極４９を形成す
る。４８は、絶縁層である。
また、前述の各半導体層を逆の導電型として半
導体レーザーを構成しても良いことはいうまでも
ない。
導体レーザーを構成しても良いことはいうまでも
ない。
比較例 ５
電流制御のためのFET動作をせしむる領域を
半導体レーザーの光閉じ込め領域の外部の半導体
層に形成しても良い。本例はこうした例のひとつ
である。この場合も半導体レーザーを直接変調す
ることが可能である。
半導体レーザーの光閉じ込め領域の外部の半導体
層に形成しても良い。本例はこうした例のひとつ
である。この場合も半導体レーザーを直接変調す
ることが可能である。
第５図を用いて説明する。図は半導体レーザー
素子のフアブリペロ共振器を構成する鏡面に平行
な面で切断した断面図である。（100）面を上面に
持つｎ型GaAs基板（電子濃度ｎ1018／cm3）６
１面上にストライプ状の凹部７１を形成し、次い
で次の各層をスライド・ボードを用いた周知の液
相エピタキシヤル法に依つて形成する。前述の凹
部は共振器の反射面に垂直方向になるよう選択エ
ツチング法等で形成すれば良い。数μｍ程度の凹
凸をもつた半導体基板に平坦な表面の半導体層は
液相エピタキシヤル法で容易に形成出来る。
素子のフアブリペロ共振器を構成する鏡面に平行
な面で切断した断面図である。（100）面を上面に
持つｎ型GaAs基板（電子濃度ｎ1018／cm3）６
１面上にストライプ状の凹部７１を形成し、次い
で次の各層をスライド・ボードを用いた周知の液
相エピタキシヤル法に依つて形成する。前述の凹
部は共振器の反射面に垂直方向になるよう選択エ
ツチング法等で形成すれば良い。数μｍ程度の凹
凸をもつた半導体基板に平坦な表面の半導体層は
液相エピタキシヤル法で容易に形成出来る。
この凹部は、レーザー光の基板へのしみ出しを
利用し、横モードの制御を行なうためのものであ
る。この光閉じ込めの技術に関してはK.Aikiet
al.IEEEJ.Quantum Electron QE−14、89（1978）
等に詳細に報告されている。
利用し、横モードの制御を行なうためのものであ
る。この光閉じ込めの技術に関してはK.Aikiet
al.IEEEJ.Quantum Electron QE−14、89（1978）
等に詳細に報告されている。
第１の半導体層６２はｎ型Ga0.7Al0.3As層（ｎ
５×1017／cm3）を厚さ2μｍに、活性層となる第
２の半導体層６３はｎ型GaAs層（ｎ1016／cm3）
を厚さ0.1μｍに、第３の半導体層６４はｐ型
Ga0.7Al0.3As層（正孔濃度ｐ５×1017／cm3）を
厚さ1μｍに、第４の半導体層６５はP+−GaAs
（又は、ｐ−GaAs）層を厚さ0.5μｍ〜1μｍ、およ
び第５の半導体層６６はｐ型GaAs（ｐ５×
1016／cm3）を厚さ1μｍないし2μｍとした。なお、
層６５はこれより上部の半導体層の結晶成長を好
都合ならしめるための層である。これを省略する
ことも可能である。
５×1017／cm3）を厚さ2μｍに、活性層となる第
２の半導体層６３はｎ型GaAs層（ｎ1016／cm3）
を厚さ0.1μｍに、第３の半導体層６４はｐ型
Ga0.7Al0.3As層（正孔濃度ｐ５×1017／cm3）を
厚さ1μｍに、第４の半導体層６５はP+−GaAs
（又は、ｐ−GaAs）層を厚さ0.5μｍ〜1μｍ、およ
び第５の半導体層６６はｐ型GaAs（ｐ５×
1016／cm3）を厚さ1μｍないし2μｍとした。なお、
層６５はこれより上部の半導体層の結晶成長を好
都合ならしめるための層である。これを省略する
ことも可能である。
次いで、イオン打込法によりn+不純物領域６
７を形成する。その厚さは約0.3μｍないし0.7μｍ
となす。その後0.4μｍ程度にn+不純物領域６７を
残してエツチングする。ドレイン電極６８となる
部分はホトレジスト膜を用いたリフト・オフ法で
Cr−Au系金属でオーミツク電極を作製する。ゲ
ート電極６９にはAu−Ge−Ni金属膜を、半導体
基板４１の裏面にAu−Ge−Ni金属膜を蒸着しソ
ース電極７０となす。
７を形成する。その厚さは約0.3μｍないし0.7μｍ
となす。その後0.4μｍ程度にn+不純物領域６７を
残してエツチングする。ドレイン電極６８となる
部分はホトレジスト膜を用いたリフト・オフ法で
Cr−Au系金属でオーミツク電極を作製する。ゲ
ート電極６９にはAu−Ge−Ni金属膜を、半導体
基板４１の裏面にAu−Ge−Ni金属膜を蒸着しソ
ース電極７０となす。
本構造の半導体レーザ素子は次の如き特徴を持
つている。
つている。
(1) レーザ素子と変調用FETとが縦方向に形成
され、極めて小形になし得る。
され、極めて小形になし得る。
(2) 電流が縦方向に流れるので、放熱状態がよ
く、また熱放散の優れたヒートシンク技術を適
用できる。
く、また熱放散の優れたヒートシンク技術を適
用できる。
(3) 変調用FETは特に高抵抗用結晶を必要とし
ないので製法が容易である。
ないので製法が容易である。
(4) レーザ素子は数十〜100mAを必要とし、電
流と相互コンダクタンス（gm）の大きいFET
が必要であるが、本発明の如きFETではこの
目的に適した構造のものである。従つて、電流
およびgmを大きくとることができ、チツプ・
サイズを小さくすることができる。
流と相互コンダクタンス（gm）の大きいFET
が必要であるが、本発明の如きFETではこの
目的に適した構造のものである。従つて、電流
およびgmを大きくとることができ、チツプ・
サイズを小さくすることができる。
比較例 ６
本比較例は電流制御のためのFET動作をせし
むる領域を半導体基板に設けた例である。半導体
レーザー素子の直接変調を可能にする。
むる領域を半導体基板に設けた例である。半導体
レーザー素子の直接変調を可能にする。
第６図より第８図は本発明の半導体発光素子の
製造工程の各ステツプを示す素子断面図である。
図は半導体レーザー素子のフアブリペロ共振器を
構成する鏡面に平行な面で切断した断面図であ
る。
製造工程の各ステツプを示す素子断面図である。
図は半導体レーザー素子のフアブリペロ共振器を
構成する鏡面に平行な面で切断した断面図であ
る。
（100）面を上面に持つn+型GaAs基板（電子
濃度ｎ1018／cm3）８０上に次の各層をスライ
ド・ボートを用いた周知の液相エピタキシヤル法
に依つて形成する。ｎ形GaAs層８１（電子濃度
ｎ５×1016）を1μｍないし2μｍ、n+形GaAs層
８２（ｎ５×1017／cm3）を0.5μｍないし1μｍに
形成する。半導体層８２の所望部分にストライプ
状の凹部９１を形成する。これは実施例５におけ
る凹部と同様の役割のもので、必ずしも必要でな
い。半導体層８２上に改めて次の半導体層を順次
成長させる。
濃度ｎ1018／cm3）８０上に次の各層をスライ
ド・ボートを用いた周知の液相エピタキシヤル法
に依つて形成する。ｎ形GaAs層８１（電子濃度
ｎ５×1016）を1μｍないし2μｍ、n+形GaAs層
８２（ｎ５×1017／cm3）を0.5μｍないし1μｍに
形成する。半導体層８２の所望部分にストライプ
状の凹部９１を形成する。これは実施例５におけ
る凹部と同様の役割のもので、必ずしも必要でな
い。半導体層８２上に改めて次の半導体層を順次
成長させる。
第１のクラツド層となす半導体層８３はｎ型
Ga0.7Al0.3As層（ｎ５×1017／cm3）を厚さ2μｍ
に、レーザー素子の活性層をなす半導体層８４は
ｎ型GaAs層（ｎ1016／cm3）を厚さ0.1μｍに、
第２のクラツド層をなす半導体層８５はｐ型
Ga0.7Al0.3As層（正孔濃度ｐ５×1017／cm3）を
厚さ1μｍに、および半導体層８６はｐ型GaAs
（ｐ２×1017／cm3）を厚さ0.3μｍとした。
Ga0.7Al0.3As層（ｎ５×1017／cm3）を厚さ2μｍ
に、レーザー素子の活性層をなす半導体層８４は
ｎ型GaAs層（ｎ1016／cm3）を厚さ0.1μｍに、
第２のクラツド層をなす半導体層８５はｐ型
Ga0.7Al0.3As層（正孔濃度ｐ５×1017／cm3）を
厚さ1μｍに、および半導体層８６はｐ型GaAs
（ｐ２×1017／cm3）を厚さ0.3μｍとした。
半導体層８６上に厚さ5000ÅのSiO2膜をCVD
法で形成する。SiO2膜上にフオトレジスト膜を
形成し、通常のフオトリソグラフイー技術を用い
て、SiO2膜を所定位置にストライプ状に残存さ
せる。このSiO2膜を食刻用マスクとして半導体
層８２，８３，８４，８５，および８６をメサエ
ツチングする。エツチング液はりん酸、過酸化水
素、エチレングリコール混合液（１：１：８）で
ある。
法で形成する。SiO2膜上にフオトレジスト膜を
形成し、通常のフオトリソグラフイー技術を用い
て、SiO2膜を所定位置にストライプ状に残存さ
せる。このSiO2膜を食刻用マスクとして半導体
層８２，８３，８４，８５，および８６をメサエ
ツチングする。エツチング液はりん酸、過酸化水
素、エチレングリコール混合液（１：１：８）で
ある。
第７図がこの状態を示す図である。
この時、エツチング断面が半導体層８１に対し
鋭角になるようにするのが好ましい。しかる後、
周知の熱分解法によつてSiO2膜を半導体基体全
面に約30nｍ被着する。更にポジ型フオトレジス
ト膜を全面に塗布する。ゲート電極８８に対応す
るフオトレジスト膜の領域に開口する。このと
き、ドレイン電極８９が、同時に開口してもよ
い。このフオトレジスト膜をマスクとしてイオン
をイオン打込みを行なう。フオトレジスト膜を除
去しアニールを行なう。
鋭角になるようにするのが好ましい。しかる後、
周知の熱分解法によつてSiO2膜を半導体基体全
面に約30nｍ被着する。更にポジ型フオトレジス
ト膜を全面に塗布する。ゲート電極８８に対応す
るフオトレジスト膜の領域に開口する。このと
き、ドレイン電極８９が、同時に開口してもよ
い。このフオトレジスト膜をマスクとしてイオン
をイオン打込みを行なう。フオトレジスト膜を除
去しアニールを行なう。
ゲート電極８８と、ドレイン電極８９にCr−
Au金属膜、およびソース電極９０にAu・Ge・
Ni金属膜をもつて形成することはこれまでの例
と同様である。
Au金属膜、およびソース電極９０にAu・Ge・
Ni金属膜をもつて形成することはこれまでの例
と同様である。
本比較例の半導体レーザー素子におけるFET
部のゲート長は、半導体層の積層部分で決まり、
制御性に優れている。勿論、シヨツトキ接合を用
いたFETも製作可能である。
部のゲート長は、半導体層の積層部分で決まり、
制御性に優れている。勿論、シヨツトキ接合を用
いたFETも製作可能である。
本比較例の半導体レーザー素子は次の如き特徴
を有する。
を有する。
(1) 光集積素子としてチツプサイズを小さくし得
る。
る。
(2) レーザー素子の発振モードをレーザー構造と
同時にFET動作によつても制御出来る。
同時にFET動作によつても制御出来る。
(3) 電流を縦方向に流すことが出来るため、熱放
散の良い構造となる。
散の良い構造となる。
(4) レーザー発振をせしめる半導体層領域を介し
て自己整合法でゲート電極部が形成するため、
レーザー素子とゲート電極との位置合せの精度
が高い。従つて、電流の流れる経路が良く制御
され変調特性発振モードの制御、或いは発振効
率を高めることができる。
て自己整合法でゲート電極部が形成するため、
レーザー素子とゲート電極との位置合せの精度
が高い。従つて、電流の流れる経路が良く制御
され変調特性発振モードの制御、或いは発振効
率を高めることができる。
なお、本発明の実施例に示す半導体材料に限ら
れるものでないことは勿論である。又、半導体レ
ーザーのモード安定化のため種々の手段がある
が、本発明の発光半導体素子の半導体レーザー部
に適用して良いことは勿論であり、本発明の範囲
のものである。又、本実施例におけるｐチヤンネ
ルをｎチヤンネルに変えた場合及び、その逆の場
合も動作が可能であることはいうまでもない。
れるものでないことは勿論である。又、半導体レ
ーザーのモード安定化のため種々の手段がある
が、本発明の発光半導体素子の半導体レーザー部
に適用して良いことは勿論であり、本発明の範囲
のものである。又、本実施例におけるｐチヤンネ
ルをｎチヤンネルに変えた場合及び、その逆の場
合も動作が可能であることはいうまでもない。
第１図、第２図は本発明に係る半導体発光装置
の実施例を説明するための図、第３図より第８図
までは比較例を示す図である。 １……半導体基板、２，４……クラツド層、３
……活性層、５……埋め込み層、６……島状の不
純物領域、８……ゲート電極、９……ソース電
極、１１……ドレイン電極。
の実施例を説明するための図、第３図より第８図
までは比較例を示す図である。 １……半導体基板、２，４……クラツド層、３
……活性層、５……埋め込み層、６……島状の不
純物領域、８……ゲート電極、９……ソース電
極、１１……ドレイン電極。
Claims (1)
- １ 半導体基板と、この半導体基板上に設けられ
レーザ発振のための活性層とこの活性層を挟んで
形成された上記活性層と比較して相対的に小さな
屈折率と相対的に大きな禁制帯幅を有しかつ互い
に反対導電型である第１及び第２の半導体層とを
有する半導体積層領域と、この半導体積層領域に
電流通路を形成してレーザ発振せしめるための電
極対と、上記半導体積層領域の両側面を埋め込む
ようにして形成された高抵抗領域と、上記半導体
積層領域内に空乏層を形成することにより上記活
性層を通る電流通路を制限するための電極と、こ
の電極と接続しかつ上記半導体積層領域内にpn
接合を形成すると共に上記空乏層を上記半導体積
層領域内に形成することにより上記活性層を通る
電流経路を制限するための不純物領域とを有し、
この不純物領域は上記半導体積層領域及び上記高
抵抗領域内に形成されてなることを特徴とする半
導体発光装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP575580A JPS56104488A (en) | 1980-01-23 | 1980-01-23 | Semiconductor laser element |
| US06/225,399 US4430741A (en) | 1980-01-23 | 1981-01-15 | Semiconductor laser device |
| DE8181100461T DE3176735D1 (en) | 1980-01-23 | 1981-01-22 | Semiconductor laser device |
| EP81100461A EP0033137B1 (en) | 1980-01-23 | 1981-01-22 | Semiconductor laser device |
| CA000369083A CA1152624A (en) | 1980-01-23 | 1981-01-22 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP575580A JPS56104488A (en) | 1980-01-23 | 1980-01-23 | Semiconductor laser element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56104488A JPS56104488A (en) | 1981-08-20 |
| JPH0156548B2 true JPH0156548B2 (ja) | 1989-11-30 |
Family
ID=11619928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP575580A Granted JPS56104488A (en) | 1980-01-23 | 1980-01-23 | Semiconductor laser element |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4430741A (ja) |
| EP (1) | EP0033137B1 (ja) |
| JP (1) | JPS56104488A (ja) |
| CA (1) | CA1152624A (ja) |
| DE (1) | DE3176735D1 (ja) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4534033A (en) * | 1981-08-25 | 1985-08-06 | Handotal Kenkyu Shinkokai | Three terminal semiconductor laser |
| US4445218A (en) * | 1981-09-28 | 1984-04-24 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Semiconductor laser with conductive current mask |
| JPS58106885A (ja) * | 1981-12-18 | 1983-06-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レ−ザ |
| JPS58151087A (ja) * | 1982-03-03 | 1983-09-08 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS58182287A (ja) * | 1982-04-19 | 1983-10-25 | Sanyo Electric Co Ltd | ダブルヘテロ接合型半導体レ−ザ |
| US4513423A (en) * | 1982-06-04 | 1985-04-23 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Arrangement for damping the resonance in a laser diode |
| JPS5918694A (ja) * | 1982-07-22 | 1984-01-31 | Fujitsu Ltd | 光半導体集積回路装置 |
| JPS59222987A (ja) * | 1983-06-01 | 1984-12-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体素子およびその製造方法 |
| US4631729A (en) * | 1983-12-01 | 1986-12-23 | Trw Inc. | Semiconductor laser structure |
| GB2154059B (en) * | 1984-01-25 | 1987-10-28 | Hitachi Ltd | Light emitting chip and communication apparatus using the same |
| JPS60154689A (ja) * | 1984-01-25 | 1985-08-14 | Hitachi Ltd | 発光素子およびこれを用いた光通信装置 |
| JPS60216591A (ja) * | 1984-04-12 | 1985-10-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子 |
| US4884119A (en) * | 1988-04-22 | 1989-11-28 | American Telephone & Telegraph Company | Integrated multiple quantum well photonic and electronic devices |
| US4878222A (en) * | 1988-08-05 | 1989-10-31 | Eastman Kodak Company | Diode laser with improved means for electrically modulating the emitted light beam intensity including turn-on and turn-off and electrically controlling the position of the emitted laser beam spot |
| JPH0834308B2 (ja) * | 1988-11-08 | 1996-03-29 | 三菱電機株式会社 | 光電子集積回路 |
| US4987576A (en) * | 1988-11-30 | 1991-01-22 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrically tunable semiconductor laser with ridge waveguide |
| JP2550711B2 (ja) * | 1989-06-27 | 1996-11-06 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザ |
| KR100567346B1 (ko) * | 2004-03-23 | 2006-04-04 | 학교법인 포항공과대학교 | ＡｌＧａＡｓ 에피층 식각액 및 이를 이용한 반도체소자의 제조 방법 |
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Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (6)
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