JPH023314B2 - - Google Patents
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- JPH023314B2 JPH023314B2 JP58152489A JP15248983A JPH023314B2 JP H023314 B2 JPH023314 B2 JP H023314B2 JP 58152489 A JP58152489 A JP 58152489A JP 15248983 A JP15248983 A JP 15248983A JP H023314 B2 JPH023314 B2 JP H023314B2
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Classifications
-
- 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
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体レーザ素子に、増巾、変調、安
定化、スイツチング等の機能を持つ電子回路をモ
ノリシツクに作り付けた半導体レーザ集積回路装
置に関するものである。
定化、スイツチング等の機能を持つ電子回路をモ
ノリシツクに作り付けた半導体レーザ集積回路装
置に関するものである。
半導体レーザ素子と電子回路とをモノリシツク
に作り付ける場合、ｎ型基板を用い、積層構造に
する方法（たとえだ、H.Matsueda；Japan J.A.
P.20（’81）S20―1p.193）と半絶縁性（SI）基板
を用いる方法（たとえば、A.Yariv；IEEE
Spectrum、May（’82）p.38）とが既に提案され
ている。集積規模を上げるためには、後者の方が
大面積を使える等の理由から有利であるが、素子
表面に大きな段差を生じるため実際的な装置の実
現が困難であつた。
に作り付ける場合、ｎ型基板を用い、積層構造に
する方法（たとえだ、H.Matsueda；Japan J.A.
P.20（’81）S20―1p.193）と半絶縁性（SI）基板
を用いる方法（たとえば、A.Yariv；IEEE
Spectrum、May（’82）p.38）とが既に提案され
ている。集積規模を上げるためには、後者の方が
大面積を使える等の理由から有利であるが、素子
表面に大きな段差を生じるため実際的な装置の実
現が困難であつた。
低閾値でレーザ発振が可能、且発振モードが安
定に単一化でき、更に製造が容易な半導体レーザ
素子を提供することを目的とする。
定に単一化でき、更に製造が容易な半導体レーザ
素子を提供することを目的とする。
半絶縁性基板にあらかじめ凹みをつけておき、
選択的結晶成長技術によつて、この凹みの中にお
さまるように、CSP型の彎曲型の活性領域を持つ
レーザ素子を作り付ける事によつて、全体的に表
面の平坦な素子を得るものである。
選択的結晶成長技術によつて、この凹みの中にお
さまるように、CSP型の彎曲型の活性領域を持つ
レーザ素子を作り付ける事によつて、全体的に表
面の平坦な素子を得るものである。
特にMOCVD（Metalorganic Chemical
Vapor Deposition）法によつて、不要部分を
SiO2あるいはSi3N4等によつておおい隠した状態
で、凹み内に結晶成長を行なうと、この選択成長
がうまくゆく。しかる後に凹み以外の部分におけ
る新鮮な半絶縁性基板表面に電子回路を作り付
け、全体として平坦な光・電子集積回路とする。
Vapor Deposition）法によつて、不要部分を
SiO2あるいはSi3N4等によつておおい隠した状態
で、凹み内に結晶成長を行なうと、この選択成長
がうまくゆく。しかる後に凹み以外の部分におけ
る新鮮な半絶縁性基板表面に電子回路を作り付
け、全体として平坦な光・電子集積回路とする。
第１の実施例は、第１図に示す如く、基板に付
けた第１の凹部の中に更に溝を付ける事によつて
製造した彎曲型半導体レーザと電子回路との集積
化を行なつたものである。先ずGaAsの半絶縁性
基板に、２段の凹み２１，２２を、第１図１に示
すように化学エツチングによつて作る。この凹み
の深さは、浅い部分で0.5μm―7μm、深い部分で
2.0μm―7μmである。浅い方の凹部は必ずしも図
の如くに浅くなくとも良い。次に同図２に示すよ
うに、この凹部以外を、例えばCVD法
（Chemical Vapour Deposition）によつて形成
した約0.3μm厚さのSiO2膜３によつて被覆した
後、MOCVD法によつて、n+型のSeをドープし
た導電性のGaAs2によつて、凹部をちようど埋め
込む。この成長は、LPE（液相エピタキシヤル）
あるいは、MBE（分子線エピタキシヤル）等の方
法によつて可能である。また、凹部以外を被覆す
る選択成長のマスクは、SiO2の他、SiNx、
Al2O3あるいは、PSG（リンガラス）等でも良く、
その形成には、CVD法の他に、スパツタ法、プ
ラズマ法等が用いられる。この導電性２のキヤリ
ヤ濃度は高い程、直列抵抗が小さくなるので望ま
しいが、1019cm-3桁にあれば実用になる。次に、
第１図３に示すように、基板に付けた凹みの深い
所に対応する位置に、彎曲型活性領域を形成する
ための溝１６を形成する。これには再びSiO2等
をエツチングのマスクとして用いる。溝１６の深
さは、0.5μmから2.5μmで、幅は、4μmから10μm
である。次に、第１図４に示すように、溝１６を
含んで、より広く、かつ最初に基板に付けた凹み
の浅い部分及びこれに隣接する深い部分１５の断
面構造をそこなう事なく、第２の凹みを形成す
る。この場合図中１５で示す部分において、導電
層の厚みが0.5μm以上は残るようにする。この部
分が薄くなり過ぎると、ｎ側の電気経路がふさが
つてしまい、レーザの動作が阻害される。しかる
後に、再び、SiO2あるいはSi3N4等をマスクにし
て、MOCVD法によつてこの第２の凹みがちよ
うど埋まるように、ダブルヘテロ構造の結晶成長
を行い、周知の半導体レーザを構成する。この場
合、溝１６があるため、活性層５はこの部分で彎
曲する。ダブルヘテロ構造部そのものは通常の半
導体レーザのそれで良い。すなわち、Seをドー
プしたキヤリヤ濃度１×1018-3のｎ型Ga0.6Al0.4
Asで厚さ0.5μm〜2.0μmのクラツド層４、キヤリ
ヤ濃度1016cm-3のGa0.96Al0.04Asで厚さ0.1μmの活
性層５、Znをドープしキヤリヤ濃度３〜５×1017
cm-3のｐ型Ga0.72Al0.28Asで厚さ、0.5μm〜1.5μm
のクラツド層６、及び、キヤリヤ濃度１×1017cm
-3のｐ型GaAsで厚さ0.1μm〜1.0μmのキヤツプ層
７である。
けた第１の凹部の中に更に溝を付ける事によつて
製造した彎曲型半導体レーザと電子回路との集積
化を行なつたものである。先ずGaAsの半絶縁性
基板に、２段の凹み２１，２２を、第１図１に示
すように化学エツチングによつて作る。この凹み
の深さは、浅い部分で0.5μm―7μm、深い部分で
2.0μm―7μmである。浅い方の凹部は必ずしも図
の如くに浅くなくとも良い。次に同図２に示すよ
うに、この凹部以外を、例えばCVD法
（Chemical Vapour Deposition）によつて形成
した約0.3μm厚さのSiO2膜３によつて被覆した
後、MOCVD法によつて、n+型のSeをドープし
た導電性のGaAs2によつて、凹部をちようど埋め
込む。この成長は、LPE（液相エピタキシヤル）
あるいは、MBE（分子線エピタキシヤル）等の方
法によつて可能である。また、凹部以外を被覆す
る選択成長のマスクは、SiO2の他、SiNx、
Al2O3あるいは、PSG（リンガラス）等でも良く、
その形成には、CVD法の他に、スパツタ法、プ
ラズマ法等が用いられる。この導電性２のキヤリ
ヤ濃度は高い程、直列抵抗が小さくなるので望ま
しいが、1019cm-3桁にあれば実用になる。次に、
第１図３に示すように、基板に付けた凹みの深い
所に対応する位置に、彎曲型活性領域を形成する
ための溝１６を形成する。これには再びSiO2等
をエツチングのマスクとして用いる。溝１６の深
さは、0.5μmから2.5μmで、幅は、4μmから10μm
である。次に、第１図４に示すように、溝１６を
含んで、より広く、かつ最初に基板に付けた凹み
の浅い部分及びこれに隣接する深い部分１５の断
面構造をそこなう事なく、第２の凹みを形成す
る。この場合図中１５で示す部分において、導電
層の厚みが0.5μm以上は残るようにする。この部
分が薄くなり過ぎると、ｎ側の電気経路がふさが
つてしまい、レーザの動作が阻害される。しかる
後に、再び、SiO2あるいはSi3N4等をマスクにし
て、MOCVD法によつてこの第２の凹みがちよ
うど埋まるように、ダブルヘテロ構造の結晶成長
を行い、周知の半導体レーザを構成する。この場
合、溝１６があるため、活性層５はこの部分で彎
曲する。ダブルヘテロ構造部そのものは通常の半
導体レーザのそれで良い。すなわち、Seをドー
プしたキヤリヤ濃度１×1018-3のｎ型Ga0.6Al0.4
Asで厚さ0.5μm〜2.0μmのクラツド層４、キヤリ
ヤ濃度1016cm-3のGa0.96Al0.04Asで厚さ0.1μmの活
性層５、Znをドープしキヤリヤ濃度３〜５×1017
cm-3のｐ型Ga0.72Al0.28Asで厚さ、0.5μm〜1.5μm
のクラツド層６、及び、キヤリヤ濃度１×1017cm
-3のｐ型GaAsで厚さ0.1μm〜1.0μmのキヤツプ層
７である。
次に、レーザの活性領域に対応させて、Znを
拡散して電流経路８を形成する。凹部へ選択的に
ダブルヘテロ層を成長した結果、凹部の両端にお
いて、第１図５に示すように、レーザを構成する
各層が、混合した部分が出来、電流のリークの原
因となる恐れがある場合は、この部分９に、酸素
あるいはプロトンをイオン打込みをする事によつ
て、絶縁性を向上する事が望ましい。
拡散して電流経路８を形成する。凹部へ選択的に
ダブルヘテロ層を成長した結果、凹部の両端にお
いて、第１図５に示すように、レーザを構成する
各層が、混合した部分が出来、電流のリークの原
因となる恐れがある場合は、この部分９に、酸素
あるいはプロトンをイオン打込みをする事によつ
て、絶縁性を向上する事が望ましい。
レーザ部の横に、電子回路部を以下の如く形成
し、かつ両者を接続する。電子回路部の構成はレ
ーザ駆動等の目的のもので、周知の構成のもので
十分である。半絶縁性GaAs基板表面にイオン
打込みとアニールによつて、オーミツク電極層１
１、及び能動層１０とを形成する。打込むイオン
は、Siで、加速電圧は、オーミツク層１１、は
150KeV、能動層１０は125KeVで行つた。金属
電極形成及び配線は、厚さ約0.3μmのSiO2膜を全
面につけた後、これにパターンを形成し、蒸着と
リフトオフの周知の手法によつて行つた。オーミ
ツク電極１３には、AuGeNi／Au積層膜を用い、
リフトオフの後400℃で３分間アロイングを行う
事で形成し、シヨトキイ電極とレーザのｐ側電極
１２とは、Ti／Pt／Au積層膜を用いて形成し
た。さらに電極間の配線には、Mo／Auの２層膜
を使用した。
し、かつ両者を接続する。電子回路部の構成はレ
ーザ駆動等の目的のもので、周知の構成のもので
十分である。半絶縁性GaAs基板表面にイオン
打込みとアニールによつて、オーミツク電極層１
１、及び能動層１０とを形成する。打込むイオン
は、Siで、加速電圧は、オーミツク層１１、は
150KeV、能動層１０は125KeVで行つた。金属
電極形成及び配線は、厚さ約0.3μmのSiO2膜を全
面につけた後、これにパターンを形成し、蒸着と
リフトオフの周知の手法によつて行つた。オーミ
ツク電極１３には、AuGeNi／Au積層膜を用い、
リフトオフの後400℃で３分間アロイングを行う
事で形成し、シヨトキイ電極とレーザのｐ側電極
１２とは、Ti／Pt／Au積層膜を用いて形成し
た。さらに電極間の配線には、Mo／Auの２層膜
を使用した。
第２の実施例は、第２図２、或いは第３図３に
示す如く、レーザ活性領域に溝の替わりに、凸部
を形成しておくものである。第１の実施例と同様
に半絶縁性基板に、最初の凹部を形成した後、
SiO2等をマスクとしてMOCVD法による選択結
晶成長によつて、ｎ型導電層２を形成する。この
後、最初の凹部の１部に、第２図１あるいは、第
３図１のように凸部をエツチングによつて形成す
る。基板の結晶方位によつて、第２図のような逆
メサ状の凸部にするか、第３図のような順メサ状
の凸部にするかを選択する。第３図２は順メサ状
の凸部を持つた第２の凹部を形成した状態を示す
ものである。以降は、第１の実施例と全く同様の
製造方法による。選択結晶成長によるダブルヘテ
ロ型レーザを凹部内部への作り付ける。レーザの
活性層は凸部に対応して上方に彎曲型となる。一
方、半絶縁性基板の新鮮な表面はイオン打込み、
金属蒸着リストオフ等の通常の手法による電子回
路の形成を行つた。
示す如く、レーザ活性領域に溝の替わりに、凸部
を形成しておくものである。第１の実施例と同様
に半絶縁性基板に、最初の凹部を形成した後、
SiO2等をマスクとしてMOCVD法による選択結
晶成長によつて、ｎ型導電層２を形成する。この
後、最初の凹部の１部に、第２図１あるいは、第
３図１のように凸部をエツチングによつて形成す
る。基板の結晶方位によつて、第２図のような逆
メサ状の凸部にするか、第３図のような順メサ状
の凸部にするかを選択する。第３図２は順メサ状
の凸部を持つた第２の凹部を形成した状態を示す
ものである。以降は、第１の実施例と全く同様の
製造方法による。選択結晶成長によるダブルヘテ
ロ型レーザを凹部内部への作り付ける。レーザの
活性層は凸部に対応して上方に彎曲型となる。一
方、半絶縁性基板の新鮮な表面はイオン打込み、
金属蒸着リストオフ等の通常の手法による電子回
路の形成を行つた。
第２図２および第３図３はいずれも装置の完成
を示す断面図である。
を示す断面図である。
レーザのｐ側電極部における電流の狭窄を促進
するために、第３図３に２０．で示すように、Ｖ
字型のエツチング溝を作る事も出来る。特に、
MOCVDによる選択埋込みの場合は、この20部
にける結晶成長が他より遅れるため、自然とここ
に溝が形成されるか、あるいは、20部は欠陥の多
い結晶になる。この事実を逆に利用すれば、Zn
の拡散領域８を、非常に限定されたＶ字型に近い
ものとする事が出来、低閾値化が計られる。
するために、第３図３に２０．で示すように、Ｖ
字型のエツチング溝を作る事も出来る。特に、
MOCVDによる選択埋込みの場合は、この20部
にける結晶成長が他より遅れるため、自然とここ
に溝が形成されるか、あるいは、20部は欠陥の多
い結晶になる。この事実を逆に利用すれば、Zn
の拡散領域８を、非常に限定されたＶ字型に近い
ものとする事が出来、低閾値化が計られる。
第１及び第２いずれの実施例も、InP／
InGaAsP円用いた長波長帯（1.2μm〜1.6μm）の
素子にもそのまま拡張される。
InGaAsP円用いた長波長帯（1.2μm〜1.6μm）の
素子にもそのまま拡張される。
なお、第２図、第３図において第１図と同一符
号は同一部分を示している。即ち、１はGaAs等
の半絶縁性基板、２はGaAs（Se，Te，Sn等がド
ープされている）n+導電層、３はマスク、４は
GaAlAsよりなるｎ側クラツド層、５はGaAs活
性層、６はGaAlAsよりなるｐ側クラツド層、７
はGaAsキヤツプ層、８はレーザｐ側の拡散領域
（Zn拡散）、９は電流リーク阻止のためのイオン
打込領域、１０は電子回路部における能動層（Si
イオン打込で形成）、１１は電子回路部及びレー
ザｎ側におけるオーミツク電極層（Siイオン打込
で形成）、１２はレーザｐ側金属電極（Ti／Pt／
Au）、１３は電子回路部及びレーザｎ側のオーミ
ツク電極（AuGeNi／Au）１４は電子回路部に
おけるシヨツトキイ電極（Ti／Pt／Au）、１５
はｎ側導電層の側面における厚さ、１７は凸起に
よるレーザ活性層の彎曲、１８は逆メサ凸部、１
９は順メサ凸部、２０は電流狭窄を確実にするた
めのＶ型切込みを示している。
号は同一部分を示している。即ち、１はGaAs等
の半絶縁性基板、２はGaAs（Se，Te，Sn等がド
ープされている）n+導電層、３はマスク、４は
GaAlAsよりなるｎ側クラツド層、５はGaAs活
性層、６はGaAlAsよりなるｐ側クラツド層、７
はGaAsキヤツプ層、８はレーザｐ側の拡散領域
（Zn拡散）、９は電流リーク阻止のためのイオン
打込領域、１０は電子回路部における能動層（Si
イオン打込で形成）、１１は電子回路部及びレー
ザｎ側におけるオーミツク電極層（Siイオン打込
で形成）、１２はレーザｐ側金属電極（Ti／Pt／
Au）、１３は電子回路部及びレーザｎ側のオーミ
ツク電極（AuGeNi／Au）１４は電子回路部に
おけるシヨツトキイ電極（Ti／Pt／Au）、１５
はｎ側導電層の側面における厚さ、１７は凸起に
よるレーザ活性層の彎曲、１８は逆メサ凸部、１
９は順メサ凸部、２０は電流狭窄を確実にするた
めのＶ型切込みを示している。
(1) 半絶縁性基板上に、段差を作らずに、低閾
値、モード制御されたレーザ素子と、微細パタ
ーンとを有する電子回路を作り付ける事が出来
た。
値、モード制御されたレーザ素子と、微細パタ
ーンとを有する電子回路を作り付ける事が出来
た。
(2) レーザと駆動回路とを含め、一体化する事に
よつて、2GHz以上の高速動作を実現した。
よつて、2GHz以上の高速動作を実現した。
第１図、第２図、第３図は本発明の半導体レー
ザ集積回路の製造工程を示す装置断面図である。 １：半絶縁性（SI）基板、２：n+導電性高不
純物濃度、３：選択結晶成長のためのマスク、
４：レーザｎ側クラツド層、５：レーザ活性層、
６：レーザｐ側クラツド層、７：レーザキヤツプ
層、８：レーザｐ側の拡散領域、９：電流リーク
防止用のイオン打込み領域、１０：電子回路部に
おける能動領域、１１：電子回路部及びレーザｎ
側におけるオーミツク電極層、１２：レーザｐ側
の金属電極、１３：電子回路部のオーミツク金属
電極、１４：電子回路部のシヨツトキイ金属電
極、１５：ｎ側導電層の側面での厚さ、１６：
CSP型レーザのための溝。
ザ集積回路の製造工程を示す装置断面図である。 １：半絶縁性（SI）基板、２：n+導電性高不
純物濃度、３：選択結晶成長のためのマスク、
４：レーザｎ側クラツド層、５：レーザ活性層、
６：レーザｐ側クラツド層、７：レーザキヤツプ
層、８：レーザｐ側の拡散領域、９：電流リーク
防止用のイオン打込み領域、１０：電子回路部に
おける能動領域、１１：電子回路部及びレーザｎ
側におけるオーミツク電極層、１２：レーザｐ側
の金属電極、１３：電子回路部のオーミツク金属
電極、１４：電子回路部のシヨツトキイ金属電
極、１５：ｎ側導電層の側面での厚さ、１６：
CSP型レーザのための溝。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半絶縁性半導体基板に浅い第１の凹部と深い
第２の凹部を有し、前記浅い第１の凹部には導電
性導体層がその表面が前記半絶縁性半導体基板表
面と略同一面を成す如くに埋設され、前記深い第
２の凹部内に凹部又は凸部を有する第１の半導体
層とこの第１の半導体層上に活性層をクラツド層
ではさんだ形態のダブルヘテロ構造を形成し、当
該活性層が前記凹部又は凸部に対応して湾曲型を
有し、前記半絶縁性半導体基板のレーザを構成し
た部分以外の領域に電子回路を有し、該電子回路
部と前記レーザ部とは前記第１の凹部内に形成さ
れた導電性半導体層を介して接続されて成ること
を特徴とする半導体レーザ集積回路装置。 ２ 上記レーザ部の表面における半導体各層の密
集部は酸素、プロトン等の打込みにより絶縁化さ
れて成る特許請求の範囲第１項記載の半導体レー
ザ集積回路装置。 ３ 前記半導体レーザの前記半絶縁性半導体基板
とは反対側の電極部はレーザ共振器長方向に延び
かつＶ字型断面形状であり、且つ該Ｖ字形状に沿
つて電流狭窄用拡散層が形成されている特許請求
の範囲第１項記載の半導体レーザ集積回路装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15248983A JPS6045082A (ja) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | 半導体レ−ザ集積回路装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15248983A JPS6045082A (ja) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | 半導体レ−ザ集積回路装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6045082A JPS6045082A (ja) | 1985-03-11 |
| JPH023314B2 true JPH023314B2 (ja) | 1990-01-23 |
Family
ID=15541588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15248983A Granted JPS6045082A (ja) | 1983-08-23 | 1983-08-23 | 半導体レ−ザ集積回路装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6045082A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07120832B2 (ja) * | 1986-08-12 | 1995-12-20 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レ−ザ装置 |
| JPS6457781A (en) * | 1987-08-28 | 1989-03-06 | Mitsubishi Electric Corp | Planar type phase synchronous integrated optical element and manufacture thereof |
| US4940672A (en) * | 1989-03-17 | 1990-07-10 | Kopin Corporation | Method of making monolithic integrated III-V type laser devices and silicon devices on silicon |
-
1983
- 1983-08-23 JP JP15248983A patent/JPS6045082A/ja active Granted
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ELECTRONICS=1982 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6045082A (ja) | 1985-03-11 |
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