JPH0656907B2 - 半導体発光素子の製造法 - Google Patents
半導体発光素子の製造法Info
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- JPH0656907B2 JPH0656907B2 JP61071229A JP7122986A JPH0656907B2 JP H0656907 B2 JPH0656907 B2 JP H0656907B2 JP 61071229 A JP61071229 A JP 61071229A JP 7122986 A JP7122986 A JP 7122986A JP H0656907 B2 JPH0656907 B2 JP H0656907B2
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- laser
- modulator
- diffraction grating
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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
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
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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
- H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
- H01S5/12—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
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- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、数Gb/S以上の超高速変調が可能であり、かつ
変調時でも発振線幅が広がらない半導体発光素子の製造
法に関するものである。
変調時でも発振線幅が広がらない半導体発光素子の製造
法に関するものである。
［従来の技術］ 長距離大容量光通信用光源として、高速変調時において
も発振線幅が広がらない半導体発光装置が必要とされて
いる。そのために、これまで、回折格子帰還型レーザ等
の単一縦モードレーザが開発され、変調時の線幅が通常
の多縦モードレーザの数十分の一になることが確認され
ている。
も発振線幅が広がらない半導体発光装置が必要とされて
いる。そのために、これまで、回折格子帰還型レーザ等
の単一縦モードレーザが開発され、変調時の線幅が通常
の多縦モードレーザの数十分の一になることが確認され
ている。
しかし、これらの単一縦モードレーザでも、Gb/S以上の
直接変調を行った場合には、活性層の屈折率変化による
発振周波数変化（chirping）が生じ、発振線幅が数Å以
上広がってしまう。
直接変調を行った場合には、活性層の屈折率変化による
発振周波数変化（chirping）が生じ、発振線幅が数Å以
上広がってしまう。
また、直接変調の場合はキャリアと光子寿命によって決
まる共鳴周波数があり、これによって変調周波数の上限
がおさえられてしまう。
まる共鳴周波数があり、これによって変調周波数の上限
がおさえられてしまう。
このように、回折格子帰還型レーザを用いるのみでは、
発振線幅の広がりのない高速変調は実現することが困難
であった。
発振線幅の広がりのない高速変調は実現することが困難
であった。
これを解決する方法として、最近、回折格子帰還型レー
ザと量子井戸構造を有する電気光吸収変調器とを同一基
板上に同時に一体化形成し、レーザを一定出力の狭帯域
で発振させ、変調器で高速変調する方法が提案されてい
る。
ザと量子井戸構造を有する電気光吸収変調器とを同一基
板上に同時に一体化形成し、レーザを一定出力の狭帯域
で発振させ、変調器で高速変調する方法が提案されてい
る。
しかしながら、この方法では、レーザと変調器を同一工
程で形成してゆくので、変調器の活性層の材料や寸法な
どのような吸収端を決定するパラメータを、レーザとは
独立に決めることができないので、レーザの発振波長に
合わせて変調器の吸収波長を最適化できないという問題
があり、その結果、出力光のパワーが低下する、すなわ
ち光の結合効率が低く、効率的な変調が得られなかっ
た。
程で形成してゆくので、変調器の活性層の材料や寸法な
どのような吸収端を決定するパラメータを、レーザとは
独立に決めることができないので、レーザの発振波長に
合わせて変調器の吸収波長を最適化できないという問題
があり、その結果、出力光のパワーが低下する、すなわ
ち光の結合効率が低く、効率的な変調が得られなかっ
た。
［発明が解決しようとする問題点］ そこで、本発明の目的は、レーザの発振波長と変調器の
吸収端とを合わせるように適切に処理することによっ
て、発振線幅の広がりのない高速変調を、光の結合効率
を高めて実現し、かつ効率の良い変調特性を得ることの
できる半導体発光素子の製造法を提供することにある。
吸収端とを合わせるように適切に処理することによっ
て、発振線幅の広がりのない高速変調を、光の結合効率
を高めて実現し、かつ効率の良い変調特性を得ることの
できる半導体発光素子の製造法を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明で、回折格子
帰還レーザと量子井戸構造を有する電気光吸収変調器と
を別工程で形成する。すなわち、同一基板上にまずレー
ザを形成し、次にそのレーザの特性に対して最適化した
構造で、すなわち、吸収端をレーザに合わせるように材
料や寸法を選択して、変調器を形成する。
帰還レーザと量子井戸構造を有する電気光吸収変調器と
を別工程で形成する。すなわち、同一基板上にまずレー
ザを形成し、次にそのレーザの特性に対して最適化した
構造で、すなわち、吸収端をレーザに合わせるように材
料や寸法を選択して、変調器を形成する。
すなわち、本発明の半導体発光素子の製造法は、半導体
基板上に、少なくともエッチングストップ層、活性層、
回折格子を有するガイド層、クラッド層および電極層を
順次積層した回折格子帰還型レーザ構造を形成する工程
と、前記回折格子帰還型レーザ構造の一部に誘導体マス
クを形成し、該誘導体マスクで保護されている部分以外
をエッチングして前記エッチングストップ層までの各層
を除去する工程と、前記半導体基板全面に、少なくとも
量子井戸構造からなる光吸収層、クラッド層および電極
層を順次形成した電気光吸収変調器を形成し、その後、
前記回折格子帰還型レーザの上に積層した前記電気光吸
収変調器を構成する層を除去する工程とを具備すること
を特徴とする。
基板上に、少なくともエッチングストップ層、活性層、
回折格子を有するガイド層、クラッド層および電極層を
順次積層した回折格子帰還型レーザ構造を形成する工程
と、前記回折格子帰還型レーザ構造の一部に誘導体マス
クを形成し、該誘導体マスクで保護されている部分以外
をエッチングして前記エッチングストップ層までの各層
を除去する工程と、前記半導体基板全面に、少なくとも
量子井戸構造からなる光吸収層、クラッド層および電極
層を順次形成した電気光吸収変調器を形成し、その後、
前記回折格子帰還型レーザの上に積層した前記電気光吸
収変調器を構成する層を除去する工程とを具備すること
を特徴とする。
［作用］ 本発明によれば、このようにレーザと変調器とを別工程
で形成するので、材料などの選択の幅を広くでき、以て
変調器の吸収端をレーザの発振波長に合わせることがで
きるので、高速変調時においてもchirpingによる振幅広
がりのない高速変調が可能であり、かつ、効率の良い変
調が得られる。
で形成するので、材料などの選択の幅を広くでき、以て
変調器の吸収端をレーザの発振波長に合わせることがで
きるので、高速変調時においてもchirpingによる振幅広
がりのない高速変調が可能であり、かつ、効率の良い変
調が得られる。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明により製造した半導体発光素子の一つの
実施例を示す。
実施例を示す。
ここでは、 InGaAl As／InP 系の材料の場合を例にとっ
て説明する。
て説明する。
第１図において、１はｎ形InP 基板、２はエッチングス
トップ層となるｎ形 InGaAl As層、３はｎ形InP 層、４
は活性層となる InGaAl As層、５は回折格子を形成した
ガイド層となる InGaAl As層、６はクラッド層となるｐ
形 InAl As、７は電極層となるｐ形 InGaAs 層であり、
この順に積層されている。
トップ層となるｎ形 InGaAl As層、３はｎ形InP 層、４
は活性層となる InGaAl As層、５は回折格子を形成した
ガイド層となる InGaAl As層、６はクラッド層となるｐ
形 InAl As、７は電極層となるｐ形 InGaAs 層であり、
この順に積層されている。
８はクラッド層となるｎ形 InAl As層であり、その上
に、 InGaAs 量子井戸層９と、 InAl Asバリア層10とを
交互に積層したものを配置し、その上に、さらにクラッ
ド層となるｐ形 InAl As層11を介して電極層となるｐ形
InGaAs 層12を配置する。
に、 InGaAs 量子井戸層９と、 InAl Asバリア層10とを
交互に積層したものを配置し、その上に、さらにクラッ
ド層となるｐ形 InAl As層11を介して電極層となるｐ形
InGaAs 層12を配置する。
13および14は、それぞれ、電極層７および12の上に配置
したｐ形電極、15は基板１の下側に配置したｎ形電極で
ある。16は電極層７上に配置したSiO2膜、17は光出射端
面に配置した反射防止膜である。
したｐ形電極、15は基板１の下側に配置したｎ形電極で
ある。16は電極層７上に配置したSiO2膜、17は光出射端
面に配置した反射防止膜である。
この構造を得るには、まず、第２図(A) に示すように、
基板１の上に分子線エピタキシャル法等により各層２〜
３を順次に成長させる。
基板１の上に分子線エピタキシャル法等により各層２〜
３を順次に成長させる。
次に、第２図(B) に示すように、 InGaAl As層５に回折
格子を形成した後に、層６および７を成長させて積層体
を形成する。
格子を形成した後に、層６および７を成長させて積層体
を形成する。
次に、第２図 (C)に示すように、SiO2膜16等をマスクと
して、積層体の一部を InGaAl Asストップ層２の上まで
選択的にエッチする。この際、InP 層３のエッチには塩
酸を、 InGaAl As系の層2,4,5 のエッチには硫酸系の液
を用いることによって、上記の選択エッチを行うことが
できる。
して、積層体の一部を InGaAl Asストップ層２の上まで
選択的にエッチする。この際、InP 層３のエッチには塩
酸を、 InGaAl As系の層2,4,5 のエッチには硫酸系の液
を用いることによって、上記の選択エッチを行うことが
できる。
次に、第２図(D) に示すように、SiO２マスク16を残し
た状態で InGaAl Asストップ層２の上に層８から12まで
の各層を順次に成長させる。
た状態で InGaAl Asストップ層２の上に層８から12まで
の各層を順次に成長させる。
その後、第２図(E) に示すように、 InGaAl Asストップ
層２上に成長した変調器となる部分をSiO2膜16等でマス
クし、レーザとなる部分（各層２〜７）の上に成長した
層を硫酸系で選択的にエッチする。
層２上に成長した変調器となる部分をSiO2膜16等でマス
クし、レーザとなる部分（各層２〜７）の上に成長した
層を硫酸系で選択的にエッチする。
さらに、SiO2膜16を除去した後、各電極層13，14,15 を
蒸着し、最後に反射防止膜17を出射端面に形成して、第
２図(F) の構造を得る。
蒸着し、最後に反射防止膜17を出射端面に形成して、第
２図(F) の構造を得る。
この素子を動作させるには、レーザ部の電極13にプラス
の電圧を印加し、変調器部の電極14にマイナスの電圧を
印加する。レーザ部と変調器部はpnp 接合により絶縁さ
れていることは明らかである。
の電圧を印加し、変調器部の電極14にマイナスの電圧を
印加する。レーザ部と変調器部はpnp 接合により絶縁さ
れていることは明らかである。
これにより、レーザ部には電流が注入されて、レーザ発
振が得られる。
振が得られる。
他方、変調器には逆電界が加わり、電場光吸収効果によ
りレーザ光の吸収が生ずる。その吸収の量は印加する逆
電界によって変化するため、レーザ光の変調が得られ
る。
りレーザ光の吸収が生ずる。その吸収の量は印加する逆
電界によって変化するため、レーザ光の変調が得られ
る。
反射防止膜17は変調器を通った光が端面で反射されて、
回折格子帰還レーザに影響を与えるのを防ぐためのもの
である。
回折格子帰還レーザに影響を与えるのを防ぐためのもの
である。
この素子のように構成した場合、次のような利点があ
る。すなわち、回折格子帰還レーザを成長させた後に、
電気光吸収変調器を成長させるため、レーザの発振波長
に合わせて変調器の吸収波長を決めることが可能であ
る。
る。すなわち、回折格子帰還レーザを成長させた後に、
電気光吸収変調器を成長させるため、レーザの発振波長
に合わせて変調器の吸収波長を決めることが可能であ
る。
具体的には、第１図における量子井戸層９の厚さを変え
ることにより、変調器の吸収波長を調整することができ
る。これにより効率の良い変調特性を得ることができ
る。
ることにより、変調器の吸収波長を調整することができ
る。これにより効率の良い変調特性を得ることができ
る。
第１図の構造の素子の試作例を示す。InP基板１の上
に、ｎ形In0.53Ga0.25Al0.22As層２、ｎ形InP 層３、In
0.53Ga0.32Al0.15As層４、In0.53Ga0.29Al0.18As層５、
ｐ形 In0.53Al0.47As層６、ｐ形In0.53Ga0.47As層７、
ｎ形 In0.53Al0.47As層８、In0.53Ga0.47As量子井戸層
９（75Å,10層）、In0.53Al0.47As量子井戸層９（75
Å，１０層）、Ｉｎ０．５３Ａｌ０．４７Ａｓバリア層
（75Å，９層）10、ｐ形 In0.53Al0.47As層11、および
ｐ形In0.53Ga0.47As層12をすべて分子線エピタキシャル
法により成長させた。
に、ｎ形In0.53Ga0.25Al0.22As層２、ｎ形InP 層３、In
0.53Ga0.32Al0.15As層４、In0.53Ga0.29Al0.18As層５、
ｐ形 In0.53Al0.47As層６、ｐ形In0.53Ga0.47As層７、
ｎ形 In0.53Al0.47As層８、In0.53Ga0.47As量子井戸層
９（75Å,10層）、In0.53Al0.47As量子井戸層９（75
Å，１０層）、Ｉｎ０．５３Ａｌ０．４７Ａｓバリア層
（75Å，９層）10、ｐ形 In0.53Al0.47As層11、および
ｐ形In0.53Ga0.47As層12をすべて分子線エピタキシャル
法により成長させた。
ｐ形電極はAuZnNi，ｎ形電極はAuGeNiを用いた。
この素子において、レーザからは波長1.5 μｍのレーザ
発振が得られ、変調器に−１Ｖの電圧を印加することに
より90％の変調度が得られた。また、20Gb/Sの高速変調
時においても線幅の広がりは観測されなかった。
発振が得られ、変調器に−１Ｖの電圧を印加することに
より90％の変調度が得られた。また、20Gb/Sの高速変調
時においても線幅の広がりは観測されなかった。
なお、第１図においては、 InGaAl As／InP 系の場合に
ついて説明したが、 InGaAsP／InP 系等他の材料におい
ても同様の素子が得られることは言うまでもない。
ついて説明したが、 InGaAsP／InP 系等他の材料におい
ても同様の素子が得られることは言うまでもない。
また、有機金属気相成長法等、他の成長を用いてもよ
い。
い。
さらにまた、レーザ部は、埋込み構造等の電流狭さく構
造にしてもよく、その場合にも同様の素子が得られるこ
とは明らかである。
造にしてもよく、その場合にも同様の素子が得られるこ
とは明らかである。
さらにまた、第１図中のSiO2膜16をレーザと変調器の境
界まで延在させ、電気的絶縁をさらに完全にした場合に
おいても同様の効果を持つ素子が得られることは明らか
である。
界まで延在させ、電気的絶縁をさらに完全にした場合に
おいても同様の効果を持つ素子が得られることは明らか
である。
［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、レーザと変調器
とを別工程で形成するので、材料などの選択の幅を広く
でき、以て変調器の吸収端をレーザの発振波長に合わせ
ることができるので、高速変調時においてもchirpingに
よる振幅広がりのない高速変調が可能であり、かつ、効
率の良い変調が得られる。
とを別工程で形成するので、材料などの選択の幅を広く
でき、以て変調器の吸収端をレーザの発振波長に合わせ
ることができるので、高速変調時においてもchirpingに
よる振幅広がりのない高速変調が可能であり、かつ、効
率の良い変調が得られる。
さらに詳述すると、まず、電場光吸収効果にはキャリア
の蓄積効果がないため、数10Gb/Sの高速変調が可能であ
る。また、直接変調と異なり、レーザは一定出力で動作
しているため、変調時でもchirpingにより発振線幅の広
がりはない。
の蓄積効果がないため、数10Gb/Sの高速変調が可能であ
る。また、直接変調と異なり、レーザは一定出力で動作
しているため、変調時でもchirpingにより発振線幅の広
がりはない。
さらにまた、変調器に量子井戸構造を用いているため、
通常のバルク構造の変調器に比べ、電場光吸収効果が10
倍程度大きい。このため、低い電圧で高いon-off比が得
られる。さらにまた、レーザ部と変調器部とを同時に成
長させないため、レーザの発振波長に合わせて変調器の
吸収端を調整することが可能である。さらにまた、レー
ザ部と変調器との間には空間がないため、結合効率の低
下も少ない。
通常のバルク構造の変調器に比べ、電場光吸収効果が10
倍程度大きい。このため、低い電圧で高いon-off比が得
られる。さらにまた、レーザ部と変調器部とを同時に成
長させないため、レーザの発振波長に合わせて変調器の
吸収端を調整することが可能である。さらにまた、レー
ザ部と変調器との間には空間がないため、結合効率の低
下も少ない。
第１図は本発明により製造した半導体発光素子の一例を
示す断面図、 第２図(A) 〜(F) はその順次の製造工程の一例を示す断
面図である。 １……ｎ形InP 基板、 ２……ｎ形 InGaAl As層、 ３……ｎ形InP 層、 ４…… InGaAl As活性層、 ５…… InGaAl Asガイド層、 ６……ｐ形 InAl Asクラッド層、 ７……ｐ形 InGaAs 電極層、 ８……ｎ形 InAl Asクラッド層、 ９…… InGaAs 量子井戸層、 10…… InAl Asバリア層、 11……ｐ形 InAl Asクラッド層、 12……ｐ形 InGaAs 電極層、 13……ｐ形電極、 14……ｐ形電極、 15……ｎ形電極、 16……SiO2膜、 17……反射防止膜。
示す断面図、 第２図(A) 〜(F) はその順次の製造工程の一例を示す断
面図である。 １……ｎ形InP 基板、 ２……ｎ形 InGaAl As層、 ３……ｎ形InP 層、 ４…… InGaAl As活性層、 ５…… InGaAl Asガイド層、 ６……ｐ形 InAl Asクラッド層、 ７……ｐ形 InGaAs 電極層、 ８……ｎ形 InAl Asクラッド層、 ９…… InGaAs 量子井戸層、 10…… InAl Asバリア層、 11……ｐ形 InAl Asクラッド層、 12……ｐ形 InGaAs 電極層、 13……ｐ形電極、 14……ｐ形電極、 15……ｎ形電極、 16……SiO2膜、 17……反射防止膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉国 裕三 神奈川県厚木市森の里若宮３番１号 日本 電信電話株式会社厚木電気通信研究所内 (72)発明者 朝日 一 神奈川県厚木市森の里若宮３番１号 日本 電信電話株式会社厚木電気通信研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−165480（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−57692（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に、少なくともエッチングス
トップ層、活性層、回折格子を有するガイド層、クラッ
ド層および電極層を順次積層した回折格子帰還型レーザ
構造を形成する工程と、 前記回折格子帰還型レーザ構造の一部に誘電体マスクを
形成し、該誘電体マスクで保護されている部分以外をエ
ッチングして前記エッチングストップ層までの各層を除
去する工程と、 前記半導体基板全面に、少なくとも量子井戸構造からな
る光吸収層、クラッド層および電極層を順次形成した電
気光吸収変調器を形成し、その後、前記回折格子帰還型
レーザの上に積層した前記電気光吸収変調器を構成する
層を除去する工程とを具備することを特徴とする半導体
発光素子の製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61071229A JPH0656907B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 半導体発光素子の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61071229A JPH0656907B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 半導体発光素子の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62229990A JPS62229990A (ja) | 1987-10-08 |
| JPH0656907B2 true JPH0656907B2 (ja) | 1994-07-27 |
Family
ID=13454648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61071229A Expired - Lifetime JPH0656907B2 (ja) | 1986-03-31 | 1986-03-31 | 半導体発光素子の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0656907B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2799372B2 (ja) * | 1991-03-28 | 1998-09-17 | 光技術研究開発株式会社 | 量子細線レーザ及びその製造方法 |
| JP2002299752A (ja) * | 2001-04-02 | 2002-10-11 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光集積素子の製造方法および光集積素子 |
| JP6740780B2 (ja) * | 2016-07-28 | 2020-08-19 | 三菱電機株式会社 | 光半導体装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59165480A (ja) * | 1983-03-10 | 1984-09-18 | Nec Corp | 半導体発光素子 |
| JPS6057692A (ja) * | 1983-09-08 | 1985-04-03 | Nec Corp | 分布ブラッグ反射型半導体レ−ザ |
-
1986
- 1986-03-31 JP JP61071229A patent/JPH0656907B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62229990A (ja) | 1987-10-08 |
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