JPH0220085A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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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。
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製作され、光フアイバ
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、半導体レーザは長距離・大容量光ファイバ通信
システムの開発、実用化を実現する上で最も重要な素子
であシ、近年特に高速化の検討が鋭意進められている。
トダイオード等の光半導体素子が製作され、光フアイバ
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、半導体レーザは長距離・大容量光ファイバ通信
システムの開発、実用化を実現する上で最も重要な素子
であシ、近年特に高速化の検討が鋭意進められている。
半導体レーザ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
することが高周波信号の漏れの低減に重要である。この
点については「昭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に於て、小林等によって
指摘されている。こ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Ｓ ｉＯ２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は２Ｇｂ／ｓ程度の高
速での変調が可能になっている。
層領域以外に存在する余分な容量（寄生容量）を小さく
することが高周波信号の漏れの低減に重要である。この
点については「昭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に於て、小林等によって
指摘されている。こ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Ｓ ｉＯ２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は２Ｇｂ／ｓ程度の高
速での変調が可能になっている。
ところが、光通信用の光源として使用されている高性能
な埋め込み型半導体レーザは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。
な埋め込み型半導体レーザは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。このため半導体層表面にＳｉＯ２等の縁結
膜を形成するだけでは超高速半導体レーザを得ることが
困難である。またｅ ５ｔＯ２自体も容量を持っておシ
２例えば通常の半導体レーザ素子の寸法程度の面積（３
００Ｘ２５０μｍ）に。
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。このため半導体層表面にＳｉＯ２等の縁結
膜を形成するだけでは超高速半導体レーザを得ることが
困難である。またｅ ５ｔＯ２自体も容量を持っておシ
２例えば通常の半導体レーザ素子の寸法程度の面積（３
００Ｘ２５０μｍ）に。
厚さ３０００Ｘ程度のＳｉＯ２膜を形成した場合＊ Ｓ
ｉＯ２自身の持つ容量は１０ ｐＦ程度となり＋ ５
ＧＨｚ以上の高周波変調に対しては十分に小さな容量
とは言えなくなって、くる。さらにｙ ５ｔＯ２と半導
体との熱膨張率は一桁程度違うのでＳ ｉＯ２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。
ｉＯ２自身の持つ容量は１０ ｐＦ程度となり＋ ５
ＧＨｚ以上の高周波変調に対しては十分に小さな容量
とは言えなくなって、くる。さらにｙ ５ｔＯ２と半導
体との熱膨張率は一桁程度違うのでＳ ｉＯ２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。
本発明の目的は、このような問題点を解決し。
半導体レーザ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
によシ、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。
によシ、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。
本発明では、第１導電型半導体基板上に第１導電型半導
体層、活性層、第２導電型半導体層を含む逆メサ状の突
起部が形成され、該突起部の上部を残して該突起部が高
抵抗半導層で覆われており。
体層、活性層、第２導電型半導体層を含む逆メサ状の突
起部が形成され、該突起部の上部を残して該突起部が高
抵抗半導層で覆われており。
この突起部の上部が第２導電型半導体層に接触し。
この第２の導電型半導体層上にコンタクト層が形成され
ていることを特徴とする半導体装置が得られる。
ていることを特徴とする半導体装置が得られる。
本発明では発光領域である活性層の周囲が高抵抗半導体
層で覆われているため、所謂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。また、電極構造としては全面電
極構造で十分高周波特性に優れる素子得ることができる
ので。
層で覆われているため、所謂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。また、電極構造としては全面電
極構造で十分高周波特性に優れる素子得ることができる
ので。
プロセスが容易であシ且つ、信頼性にも優れる。
次に２本発明について実施例によって説明する。
第１図は本発明の実施例を示したものである。
第１図を参照して、ｎ−ＩｎＰ基板１には逆メサ状の突
起部Ａが形成されており、この突起部Ａはｎ −ＩｎＰ
バッファ層２ 、 ＩｎＧａＡｓＰ活性層３．ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層４が順次積層されて形成されている。
起部Ａが形成されており、この突起部Ａはｎ −ＩｎＰ
バッファ層２ 、 ＩｎＧａＡｓＰ活性層３．ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層４が順次積層されて形成されている。
この逆メサ状の突起部Ａを覆うように高抵抗ＩｎＰ層６
がｎ−ＩｎＰバッファ層２上２上成されている。
がｎ−ＩｎＰバッファ層２上２上成されている。
更にこの逆メサ状の突起部の上端部において高抵抗Ｉｎ
Ｐ層６が除去され、この上端部にはｐ−ＩｎＰ埋め込み
層７が埋め込まれるとともにｐ −Ｉ ｎＧａＡｓＰキ
ャップ層８が積層されている。そして、キャップ層８上
、これはｐ側電極９が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板１の下
面にはｎ側電極１０が形成されている。
Ｐ層６が除去され、この上端部にはｐ−ＩｎＰ埋め込み
層７が埋め込まれるとともにｐ −Ｉ ｎＧａＡｓＰキ
ャップ層８が積層されている。そして、キャップ層８上
、これはｐ側電極９が形成され、ｎ−ＩｎＰ基板１の下
面にはｎ側電極１０が形成されている。
この構造では、 ＩｎＧａＡｓＰ活性層３の周囲は高抵
抗半導体層であるのでｐ側電極９から注入された信号電
流は殆ど全てＩｎＧａＡｓＰ活性層３に流れるので、高
周波応答特性に優れた構造となる。
抗半導体層であるのでｐ側電極９から注入された信号電
流は殆ど全てＩｎＧａＡｓＰ活性層３に流れるので、高
周波応答特性に優れた構造となる。
ここで第２図（ａ）伺ｆ）に本実施例の製作工程を示す
。
。
まず第２図（、）に示すように、ｎ−ＩｎＰ基板１上に
ｎ−ＩｎＰバッファ層２を３μｍ 、 ＩｎＧａＡｓＰ
活性層３を０．１１１ｍ 、 ｐ −１ｎＰクラッド層
４を１ μｍ 、 ＩｎＧａＡｓＰスト２１層５を０．
５μｍ、ＭＯ−ＣＶＤ装置を用いて順次成長し多層膜半
導体２０を形成する。
ｎ−ＩｎＰバッファ層２を３μｍ 、 ＩｎＧａＡｓＰ
活性層３を０．１１１ｍ 、 ｐ −１ｎＰクラッド層
４を１ μｍ 、 ＩｎＧａＡｓＰスト２１層５を０．
５μｍ、ＭＯ−ＣＶＤ装置を用いて順次成長し多層膜半
導体２０を形成する。
次に第２図（ｂ）に示すように２幅２．５μｍの窒化シ
リコン膜１１をマスクとして逆メサ状の突起部Ａを、エ
ツチング工法を用いて多層膜半導体層２０のほぼ中央に
形成する。エツチングの深さはｎ−ＩｎＰバッファ層２
に達するまでであシ、この実施例では約２μｍであった
。この時マスクストライプの方向は（１００）方向でア
シ、エツチング液としてブロムメチル溶液（ブロム０．
２ｃｃとメチルアルコール１００ｃｃの混合溶液）を用
いていることにより第２図（ｂ）に示す逆メサ状の突起
部Ａが形成できる。
リコン膜１１をマスクとして逆メサ状の突起部Ａを、エ
ツチング工法を用いて多層膜半導体層２０のほぼ中央に
形成する。エツチングの深さはｎ−ＩｎＰバッファ層２
に達するまでであシ、この実施例では約２μｍであった
。この時マスクストライプの方向は（１００）方向でア
シ、エツチング液としてブロムメチル溶液（ブロム０．
２ｃｃとメチルアルコール１００ｃｃの混合溶液）を用
いていることにより第２図（ｂ）に示す逆メサ状の突起
部Ａが形成できる。
窒化シリコン膜１１をバソファードフッ酸を用いて除去
した後、第２図（ｅ）に示すようにＭＯ−ＣＶＤ装置を
用いて高抵抗ＩｎＰ層６を約３μｍ形成する。
した後、第２図（ｅ）に示すようにＭＯ−ＣＶＤ装置を
用いて高抵抗ＩｎＰ層６を約３μｍ形成する。
さらに、第２図（ｄ）に示すように、逆メサ状の突起部
Ａのほぼ真上に形成された幅２μｍの窒化シリコン膜１
２をマスクとして高抵抗ＩｎＰ層６をエツチングする。
Ａのほぼ真上に形成された幅２μｍの窒化シリコン膜１
２をマスクとして高抵抗ＩｎＰ層６をエツチングする。
この時エツチング液として塩酸系（塩酸：酢酸：＝１
： １ ）を用いていることによｐ ＩｎＧａＡｓＰス
トップ層５は殆どエツチングされない。従っである程度
エツチング時間を長くしてもエツチング深さはＩ ｎＧ
ａＡｓＰストップ層５で制限され、制御性良く且つ再現
性良く所望の深さを実現できる。
： １ ）を用いていることによｐ ＩｎＧａＡｓＰス
トップ層５は殆どエツチングされない。従っである程度
エツチング時間を長くしてもエツチング深さはＩ ｎＧ
ａＡｓＰストップ層５で制限され、制御性良く且つ再現
性良く所望の深さを実現できる。
その後バッフアート７ツ酸を用いて窒化シリコン膜１２
を除去したあと、第２図（、）に示すように硫酸系のエ
ツチング液（硫酸：過酸化水素：水＝３：１：１）を用
いてＩｎＧａＡｓＰストップ層５を除去する。この場合
も、硫酸系のエツチング液はＩ ｎＧａＡｓ Ｐのみを
エツチングするので高抵抗ＩｎＰ層６は殆どエツチング
されない。
を除去したあと、第２図（、）に示すように硫酸系のエ
ツチング液（硫酸：過酸化水素：水＝３：１：１）を用
いてＩｎＧａＡｓＰストップ層５を除去する。この場合
も、硫酸系のエツチング液はＩ ｎＧａＡｓ Ｐのみを
エツチングするので高抵抗ＩｎＰ層６は殆どエツチング
されない。
最後に第２図（ｆ）に示すように、 ＭＯ−ＣＶＤ装置
を用いてｐ−ＩｎＰ埋め込み層７ 、 ｐ＋−ＩｎＧａ
ＡａＰキャッグ層８を順次形成し結晶成長プロセスを終
了する。
を用いてｐ−ＩｎＰ埋め込み層７ 、 ｐ＋−ＩｎＧａ
ＡａＰキャッグ層８を順次形成し結晶成長プロセスを終
了する。
次にｐ −ＩｎＧａＡｓＰキャップ層８側にｐ側電極９
を金属蒸着法によ多形成する。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シ順次蒸着した。
を金属蒸着法によ多形成する。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シ順次蒸着した。
更に温度３８０℃の水素雰囲気中で５分間熱処理を行っ
た後、ｎ−ＩｎＰ基板１側を厚さ約１５０μｍに鏡面研
摩を行った。その後ｎ−側電極１ｏとして、 Ａｕ −
Ｇｅ ／Ｎｉをｎ−ＩｎＰ基・板１側に順次蒸着した後
、温度３８０℃の水素雰囲気中で５分間熱処理を行った
。最後に保護電極としてｐ−側電極９側にＴｉ ／Ｐｔ
／Ａｕ ＋ ｎ−側電極ｌｏ側にＴｉ／Ａｕをス・フッ
タリング装置で蒸着してプロセスを終了する。
た後、ｎ−ＩｎＰ基板１側を厚さ約１５０μｍに鏡面研
摩を行った。その後ｎ−側電極１ｏとして、 Ａｕ −
Ｇｅ ／Ｎｉをｎ−ＩｎＰ基・板１側に順次蒸着した後
、温度３８０℃の水素雰囲気中で５分間熱処理を行った
。最後に保護電極としてｐ−側電極９側にＴｉ ／Ｐｔ
／Ａｕ ＋ ｎ−側電極ｌｏ側にＴｉ／Ａｕをス・フッ
タリング装置で蒸着してプロセスを終了する。
本実施例の半導体レーザは、 ＩｎＧａＡｓＰ活性層３
の両脇は高抵抗層で覆われている。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。
の両脇は高抵抗層で覆われている。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ザ装置が供
給される。
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、ストップライン上に直接融着
を行い半導体レーザを組立て、小信号周波数特性を測定
した。その結果１発振閾値の２倍のバイアス電流値にお
いて３ ｄＢ帯域として１０ＧＨｚ以上の値が得られた
。この３ ｄＢ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
シ更に高い値になると期待できる。
なるようにへき開を行い、ストップライン上に直接融着
を行い半導体レーザを組立て、小信号周波数特性を測定
した。その結果１発振閾値の２倍のバイアス電流値にお
いて３ ｄＢ帯域として１０ＧＨｚ以上の値が得られた
。この３ ｄＢ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
シ更に高い値になると期待できる。
上述の実施例では、 ＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザを
用いたが、その他の材料９例えばＧａＡｔＡｓ系等の半
導体レーザにも適用可能である。また、上述の構造は１
分布帰還反射型構造（ＤＦＢ−ＬＤ） 、分布ブラッグ
反射型構造（ＤＢＲ−ＬＤ）にも容易に適用可能である
。
用いたが、その他の材料９例えばＧａＡｔＡｓ系等の半
導体レーザにも適用可能である。また、上述の構造は１
分布帰還反射型構造（ＤＦＢ−ＬＤ） 、分布ブラッグ
反射型構造（ＤＢＲ−ＬＤ）にも容易に適用可能である
。
この場合には超高速変調が可能で、且つ単一軸モードで
発振する半導体レーザ装置が容易に得られる。
発振する半導体レーザ装置が容易に得られる。
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。
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。更にＳｉＯ□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。
になる。更にＳｉＯ□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。
以上の点から本発明により、 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。
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。
第１図は本発明による半導体レーザ装置の一実施例の構
造を示す断面図、第２図（ａ）〜（ｆ）は第１図に示す
半導体レーザ装置の製作工程を順に示す断面図である。 ｌはｎ −ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰバッファ層、３
はＩｎＧａＡｓＰ活性層、４はｐ−ＩｎＰクラッド層、
６はＩｎＰ高抵抗層、７はｐ−ＩｎＰ埋め込み層、８は
ｐ −１ｎＧａＡｓ Ｐキャップ層である。 図 弔 図 （Ｃ）
造を示す断面図、第２図（ａ）〜（ｆ）は第１図に示す
半導体レーザ装置の製作工程を順に示す断面図である。 ｌはｎ −ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰバッファ層、３
はＩｎＧａＡｓＰ活性層、４はｐ−ＩｎＰクラッド層、
６はＩｎＰ高抵抗層、７はｐ−ＩｎＰ埋め込み層、８は
ｐ −１ｎＧａＡｓ Ｐキャップ層である。 図 弔 図 （Ｃ）
Claims (1)
- １、第１導電型半導体基板上に第１導電型半導体層、活
性層、及び第２導電型半導体層を含む突起部が形成され
、該突起部の上面部を残して該突起部が高抵抗半導体層
で覆われており、該突起部の上面部が第２導電型半導体
層に接触し、該第２の導電型半導体層上にコンタクト層
が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16912388A JPH0220085A (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16912388A JPH0220085A (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0220085A true JPH0220085A (ja) | 1990-01-23 |
Family
ID=15880715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16912388A Pending JPH0220085A (ja) | 1988-07-08 | 1988-07-08 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0220085A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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