JPH069277B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JPH069277B2 JPH069277B2 JP580988A JP580988A JPH069277B2 JP H069277 B2 JPH069277 B2 JP H069277B2 JP 580988 A JP580988 A JP 580988A JP 580988 A JP580988 A JP 580988A JP H069277 B2 JPH069277 B2 JP H069277B2
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は光通信分野，高情報処理分野に必要な部品で、
同一基板上に発光部，受光部および光導波路等を集積し
た光集積回路や多波長レーザアレイに代表される半導体
装置およびその作製に必要な製造方法に関する。
同一基板上に発光部，受光部および光導波路等を集積し
た光集積回路や多波長レーザアレイに代表される半導体
装置およびその作製に必要な製造方法に関する。
従来の技術 光通信分野において、発光素子，受光素子および光制御
素子は必要不可欠な部品である。これらの素子を同一基
板上に集積化した光集積回路は光中継器や光スイッチ等
の基本構成となり、性能，信頼性向上の立場から非常に
有利である。また近年盛んに行なわれている光多重通信
では発振波長の異なる光源（半導体レーザ）が必要で同
一基板上に集積化した多波長レーザアレイは重要となっ
てくる。さらに光情報処理の分野においても光ディスク
やコンパクトディスク等の光ピックアップにはこのよう
な構成の光集積回路の出現が待ち望まれている。
素子は必要不可欠な部品である。これらの素子を同一基
板上に集積化した光集積回路は光中継器や光スイッチ等
の基本構成となり、性能，信頼性向上の立場から非常に
有利である。また近年盛んに行なわれている光多重通信
では発振波長の異なる光源（半導体レーザ）が必要で同
一基板上に集積化した多波長レーザアレイは重要となっ
てくる。さらに光情報処理の分野においても光ディスク
やコンパクトディスク等の光ピックアップにはこのよう
な構成の光集積回路の出現が待ち望まれている。
これらの集積化素子は用途により構造の差はあるが、基
本的に第８図に示す断面構造になっている。ここではIn
P/InGaAsP系材料を用いた場合を示してある。１はｎ−I
nP基板、２は光導波領域、３は発光領域、４は受光領域
を示す。５〜７はそれぞれInGaAsP層で５は光導波層、
６は活性層、７は受光層である。また８はＰ−InP層で
各領域（２〜４）は分離溝９で電気的に分離されてい
る。光導波層５，活性層６，受光層７は同一光軸上に形
成され、かつ各層を構成するInGaAsP混晶のバンドギャ
ップは光導波層のバンドギャップは活性層のバンドギャ
ップより大きく、受光層のバンドギャップは活性層のバ
ンドギャップより小さくなければならない。このような
構成により発光部２より出射した光波２１，２２は受光
層７，光導波層５に高い結合効率で入射され、光パワー
のモニターおよび光波の変調，スイッチ等の制御等複数
の機能を有する光集積回路を得ることができる。各領域
を単体素子でハイブリッドで構成した場合に比べ、複雑
な光学的アライメントを必要とせず、性能，信頼性の向
上を得ることが可能で、また素子の大幅な小型化を図る
ことができる。
本的に第８図に示す断面構造になっている。ここではIn
P/InGaAsP系材料を用いた場合を示してある。１はｎ−I
nP基板、２は光導波領域、３は発光領域、４は受光領域
を示す。５〜７はそれぞれInGaAsP層で５は光導波層、
６は活性層、７は受光層である。また８はＰ−InP層で
各領域（２〜４）は分離溝９で電気的に分離されてい
る。光導波層５，活性層６，受光層７は同一光軸上に形
成され、かつ各層を構成するInGaAsP混晶のバンドギャ
ップは光導波層のバンドギャップは活性層のバンドギャ
ップより大きく、受光層のバンドギャップは活性層のバ
ンドギャップより小さくなければならない。このような
構成により発光部２より出射した光波２１，２２は受光
層７，光導波層５に高い結合効率で入射され、光パワー
のモニターおよび光波の変調，スイッチ等の制御等複数
の機能を有する光集積回路を得ることができる。各領域
を単体素子でハイブリッドで構成した場合に比べ、複雑
な光学的アライメントを必要とせず、性能，信頼性の向
上を得ることが可能で、また素子の大幅な小型化を図る
ことができる。
発明が解決しようとする課題 しかしながら第８図に示すような同一平面上に異なるバ
ンドギャップのエピタキシャル層（５〜７）を得るに
は、一般に各層は組成の異なるInGaAsP層でなければな
らないので複数のエピタキシャル成長が必要となる。例
えばこの場合はまず発光部３を除いて絶縁膜でマスクし
た状態でまず１回目の多層エピタキシャル成長を行な
い、次に受光部４を除いてマスクして２回目の成長、さ
らに光制御部を除いてマスクして３回目の成長というよ
うに、計３回のエピタキシャル成長が必要であるばかり
でなく、これに付随した絶縁膜の堆積やフォトリソグラ
フィ等の工程が複数回加わり非常に複雑な製造プロセス
を必要となる。さらにマスクされた基板上にエピタキシ
ャル成長を行なう場合、境界域での異常成長が問題とな
り各領域２〜４間での光波の結合効率を高めることがで
きず、一体化によるメリットを損なうことになる。
ンドギャップのエピタキシャル層（５〜７）を得るに
は、一般に各層は組成の異なるInGaAsP層でなければな
らないので複数のエピタキシャル成長が必要となる。例
えばこの場合はまず発光部３を除いて絶縁膜でマスクし
た状態でまず１回目の多層エピタキシャル成長を行な
い、次に受光部４を除いてマスクして２回目の成長、さ
らに光制御部を除いてマスクして３回目の成長というよ
うに、計３回のエピタキシャル成長が必要であるばかり
でなく、これに付随した絶縁膜の堆積やフォトリソグラ
フィ等の工程が複数回加わり非常に複雑な製造プロセス
を必要となる。さらにマスクされた基板上にエピタキシ
ャル成長を行なう場合、境界域での異常成長が問題とな
り各領域２〜４間での光波の結合効率を高めることがで
きず、一体化によるメリットを損なうことになる。
一方、近年光通信分野において、光多重通信が盛んに研
究開発されている。従って、発振波長の異なる半導体レ
ーザの要求がおき、さらに同一基板上に集積化した多波
長レーザアレイの研究開発も盛んになっている。従来よ
り開発されてきた波長多重の半導体レーザは第９図のハ
イブリッド型と、第１０図のモノリシック型に大別され
る。第９図の構成はヒートシンク４０上にこの場合は３
つの異なる発振波長を持つ半導体レーザ３２，３３，３
４をマウントした波長多重レーザである。この素子の欠
点として、各素子それぞれ出射方向を揃える必要があり
組立実装にかなりの負担がかかる。また、各素子の特性
を揃える必要があるため歩留りが悪いという問題があ
る。一方、第１０図のモノリシック型の波長多重レーザ
の構造は同一の基板１上に各半導体レーザ３６，３７，
３８それぞれに禁止帯幅の異なる活性層を有している。
したがって、ハイブリッド型のものに比べ複雑な光学的
アライメントを必要とせず、性能ならびに信頼性の向上
が期待できる。しかしながら、各活性層それぞれに結晶
成長を行う必要があるため、そのプロセス工程は複雑で
ありその作製は困難を究める。
究開発されている。従って、発振波長の異なる半導体レ
ーザの要求がおき、さらに同一基板上に集積化した多波
長レーザアレイの研究開発も盛んになっている。従来よ
り開発されてきた波長多重の半導体レーザは第９図のハ
イブリッド型と、第１０図のモノリシック型に大別され
る。第９図の構成はヒートシンク４０上にこの場合は３
つの異なる発振波長を持つ半導体レーザ３２，３３，３
４をマウントした波長多重レーザである。この素子の欠
点として、各素子それぞれ出射方向を揃える必要があり
組立実装にかなりの負担がかかる。また、各素子の特性
を揃える必要があるため歩留りが悪いという問題があ
る。一方、第１０図のモノリシック型の波長多重レーザ
の構造は同一の基板１上に各半導体レーザ３６，３７，
３８それぞれに禁止帯幅の異なる活性層を有している。
したがって、ハイブリッド型のものに比べ複雑な光学的
アライメントを必要とせず、性能ならびに信頼性の向上
が期待できる。しかしながら、各活性層それぞれに結晶
成長を行う必要があるため、そのプロセス工程は複雑で
ありその作製は困難を究める。
以上のように、従来の光集積回路や波長多重型半導体レ
ーザは製造工程が複雑であるばかりでなく、性能，信頼
性などの向上が得にくいと言う問題点があった。
ーザは製造工程が複雑であるばかりでなく、性能，信頼
性などの向上が得にくいと言う問題点があった。
本発明は、工程上有利な製造方法で多波長レーザあるい
は複合光集積回路を得ることを目的とする。
は複合光集積回路を得ることを目的とする。
課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決すべく、半導体基板上に幅の
異なる第１，第２のメサストライプ領域を形成し、前記
第１，第２のメサストライプ上に、エピタキシャル成長
層よりなる５０００Å以下の超薄膜層を含むとともにバ
ンドギャップの異なる第１，第２の量子井戸層を形成
し、前記第１，第２のメサストライプ上に前記第１，第
２の量子井戸層を含む異なる第１，第２の半導体領域を
形成したことを特徴とする半導体装置であり、幅の異な
るメサストライプを複数の領域に形成した半導体基板上
にエピタキシャル成長法により少なくとも一層以上の厚
さ５００Å以下の超薄膜層を含む量子井戸層を形成する
工程を有する半導体装置の製造方法である。
異なる第１，第２のメサストライプ領域を形成し、前記
第１，第２のメサストライプ上に、エピタキシャル成長
層よりなる５０００Å以下の超薄膜層を含むとともにバ
ンドギャップの異なる第１，第２の量子井戸層を形成
し、前記第１，第２のメサストライプ上に前記第１，第
２の量子井戸層を含む異なる第１，第２の半導体領域を
形成したことを特徴とする半導体装置であり、幅の異な
るメサストライプを複数の領域に形成した半導体基板上
にエピタキシャル成長法により少なくとも一層以上の厚
さ５００Å以下の超薄膜層を含む量子井戸層を形成する
工程を有する半導体装置の製造方法である。
作用 上述の手段により、一回のエピタキシャル成長で、基板
上の複数の領域にバンドギャップエネルギーの相異なる
成長層を同一平面上に形成することができ非常に容易に
光集積回路を作製できるとともに、各領域間での異常成
長がなく良好な光波の結合が行なわれ高性能，高信頼性
を有する光集積回路や、各領域で発振波長の異なる波長
多重型レーザを容易に実現できるものである。
上の複数の領域にバンドギャップエネルギーの相異なる
成長層を同一平面上に形成することができ非常に容易に
光集積回路を作製できるとともに、各領域間での異常成
長がなく良好な光波の結合が行なわれ高性能，高信頼性
を有する光集積回路や、各領域で発振波長の異なる波長
多重型レーザを容易に実現できるものである。
実施例 以下、本発明の実施例を従来例と同じくInGaAsP／InP系
材料を例に記載する。
材料を例に記載する。
まず第１図は本発明の第１の実施例として光導波路と半
導体レーザと光導波路を一体化した外部変調器型レーザ
である。これは半導体レーザで構成される発光部３と光
導波路で構成される光変調部２から成っている。ここで
ｎ−InP基板１上には発光部３におては幅Ｗ１のメサス
トライプ１１が、光変調部２においては幅Ｗ２のメサス
トライプ１１′が形成されている。このようなメサスト
ライプ付基板はSiO2等のマスクのパターニング後HCl／H
3PO4系エッチャントでエッチングしたのちマスクを除去
すれば容易に形成することができる。ここでメサストラ
イプ１１，１１′の段差の高さＨは約２μｍである。こ
のInP基板１上に例えば液相エピタキシャル成長法（以
下LPE法）によりInGaAsP井戸層15bとInP障壁層１５ａか
ら成る多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を形成し、さらにＰ
−InPクラッド層（膜厚約２μｍ）を形成する。
導体レーザと光導波路を一体化した外部変調器型レーザ
である。これは半導体レーザで構成される発光部３と光
導波路で構成される光変調部２から成っている。ここで
ｎ−InP基板１上には発光部３におては幅Ｗ１のメサス
トライプ１１が、光変調部２においては幅Ｗ２のメサス
トライプ１１′が形成されている。このようなメサスト
ライプ付基板はSiO2等のマスクのパターニング後HCl／H
3PO4系エッチャントでエッチングしたのちマスクを除去
すれば容易に形成することができる。ここでメサストラ
イプ１１，１１′の段差の高さＨは約２μｍである。こ
のInP基板１上に例えば液相エピタキシャル成長法（以
下LPE法）によりInGaAsP井戸層15bとInP障壁層１５ａか
ら成る多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を形成し、さらにＰ
−InPクラッド層（膜厚約２μｍ）を形成する。
第２図はＬＰＥ法による多重量子井戸層作製法の概略を
示す成長ボートの断面構造図である。第１図に示すメサ
ストライプの形成されたｎ−InP基板１は成長ボートの
スライダー５２にはめ込む。ここで最初の状態では基板
１はＡの位置にある（第２図(a)）。次にスライダー２
を右方５７へスライドし基板１をメルトホルダー53に収
納されたInPメルト５６，５６′、InGaAsPメルト５５に
停止することなく接触させ（第２図(a)）、InPメルト
６′の右側のＢ点で停止させる（第２図(c)）。さらに
スライダー５２を反対方向５８へＡ点までスライドして
基板１を各メルト（５６，５６′，５５）に接触させ
（第２図(d)）、第２図(a)の状態に戻す。この動作をく
り返すことにより第１図(b)，(c)に示すようにメサスト
ライプ付InP基板１上にInGaAsP井戸層１５ａとInP障壁
層１５ｂから成る多重量子井戸層（ＭＱＷ層）１５が得
られる。ここで単一量子井戸層の場合は第２図(a)から
(c)までの一方向のスライドのみの工程だけでよい。
示す成長ボートの断面構造図である。第１図に示すメサ
ストライプの形成されたｎ−InP基板１は成長ボートの
スライダー５２にはめ込む。ここで最初の状態では基板
１はＡの位置にある（第２図(a)）。次にスライダー２
を右方５７へスライドし基板１をメルトホルダー53に収
納されたInPメルト５６，５６′、InGaAsPメルト５５に
停止することなく接触させ（第２図(a)）、InPメルト
６′の右側のＢ点で停止させる（第２図(c)）。さらに
スライダー５２を反対方向５８へＡ点までスライドして
基板１を各メルト（５６，５６′，５５）に接触させ
（第２図(d)）、第２図(a)の状態に戻す。この動作をく
り返すことにより第１図(b)，(c)に示すようにメサスト
ライプ付InP基板１上にInGaAsP井戸層１５ａとInP障壁
層１５ｂから成る多重量子井戸層（ＭＱＷ層）１５が得
られる。ここで単一量子井戸層の場合は第２図(a)から
(c)までの一方向のスライドのみの工程だけでよい。
第１図(b)，(c)はそれぞれ第１図(a)における発光部断
面Ａ−Ａ′，光変調部断面Ｂ−Ｂ′である。ここで１は
ｎ−InP基板、１５はInGaAsP／InPＭＱＷ層（１５ａInP
障壁層，１５ｂInGaAsP井戸層）、８はＰ−InP層、１
１，１１′はメサストライプである。
面Ａ−Ａ′，光変調部断面Ｂ−Ｂ′である。ここで１は
ｎ−InP基板、１５はInGaAsP／InPＭＱＷ層（１５ａInP
障壁層，１５ｂInGaAsP井戸層）、８はＰ−InP層、１
１，１１′はメサストライプである。
ＬＰＥ法でこのようなメサ構造上にエピタキシャル成長
した場合、メサストライプ上の膜厚は通常の平坦部に成
長した場合より薄く、またストライプ１１，１１′の幅
に大きく依存することが判明した。
した場合、メサストライプ上の膜厚は通常の平坦部に成
長した場合より薄く、またストライプ１１，１１′の幅
に大きく依存することが判明した。
第３図にIn0.8Ga0.2As0.46P0.54井戸層の膜厚とストラ
イプ幅の関係を示す。ここで成長はスライド成長で行な
い、成長温度５９０℃，スライドスピード３０mm／ｓ，
基板の幅は１０mm成長ボートのメルト穴の幅は７mmであ
る。またメサの段差は１μｍである。第３図に示すよう
に、メサストライプ上に形成されるInGaAsP井戸層１５
ｂの膜厚はメサストライプの幅に大きく依存する。平坦
部の膜厚（幅∞）は２００Å程度であるのに対しストラ
イプ幅が狭くなるにつれ膜厚は減少し３μｍ以下になる
と全く成長しない。これはメサの段差部分へのメルト中
の溶質の集中によりストライプ上のメルトの実効的過飽
和度が減少するためである。このように幅３〜３０μｍ
の範囲でストライプ幅によってエピタキシャル層の膜厚
を制御することができることになる。
イプ幅の関係を示す。ここで成長はスライド成長で行な
い、成長温度５９０℃，スライドスピード３０mm／ｓ，
基板の幅は１０mm成長ボートのメルト穴の幅は７mmであ
る。またメサの段差は１μｍである。第３図に示すよう
に、メサストライプ上に形成されるInGaAsP井戸層１５
ｂの膜厚はメサストライプの幅に大きく依存する。平坦
部の膜厚（幅∞）は２００Å程度であるのに対しストラ
イプ幅が狭くなるにつれ膜厚は減少し３μｍ以下になる
と全く成長しない。これはメサの段差部分へのメルト中
の溶質の集中によりストライプ上のメルトの実効的過飽
和度が減少するためである。このように幅３〜３０μｍ
の範囲でストライプ幅によってエピタキシャル層の膜厚
を制御することができることになる。
一方第４図はInGaAsP井戸層膜厚とバンドギャップ波長
の関係を示す。厚さ５００Å以上の通常のエピタキシャ
ル層の場合膜厚の変化によってバンドギャップ波長はほ
とんど変化しないが、５００Å以下の量子井戸層を形成
した場合は量子サイズ効果によりバンドギャップ波長は
井戸層厚の減少とともに短波側にシフトする。発光部３
のストライプ幅３０μｍ，光変調部のストライプ幅Ｗ２
を６μｍとした場合、第１図，第３図から理解されるよ
うに井戸層１５ｂの膜厚は発光部３においては２００Å
であるのに対し、光変調部２においては５０Åである。
一方この時のMQW層１５のバンドギャップ波長は前者で
１．３μｍであるのに対し、後者では１．２３μｍと７
０ｎｍ程の差が生じる。従って発光部３から発した波長
１．３μｍの光波の光変調部２における光導波層での吸
収はほとんどなく、低損失で導波することができる。ま
たこのように形成された発光部３の活性層６と光変調部
２の光導波層５は同一エピタキシャル層で同一光軸上に
あるので光波の結合効率は８０％以上の高い値を得るこ
とができ、軸ずれの不安定性の心配は全くない。
の関係を示す。厚さ５００Å以上の通常のエピタキシャ
ル層の場合膜厚の変化によってバンドギャップ波長はほ
とんど変化しないが、５００Å以下の量子井戸層を形成
した場合は量子サイズ効果によりバンドギャップ波長は
井戸層厚の減少とともに短波側にシフトする。発光部３
のストライプ幅３０μｍ，光変調部のストライプ幅Ｗ２
を６μｍとした場合、第１図，第３図から理解されるよ
うに井戸層１５ｂの膜厚は発光部３においては２００Å
であるのに対し、光変調部２においては５０Åである。
一方この時のMQW層１５のバンドギャップ波長は前者で
１．３μｍであるのに対し、後者では１．２３μｍと７
０ｎｍ程の差が生じる。従って発光部３から発した波長
１．３μｍの光波の光変調部２における光導波層での吸
収はほとんどなく、低損失で導波することができる。ま
たこのように形成された発光部３の活性層６と光変調部
２の光導波層５は同一エピタキシャル層で同一光軸上に
あるので光波の結合効率は８０％以上の高い値を得るこ
とができ、軸ずれの不安定性の心配は全くない。
また発光部３には回折格子を形成して分布帰還型レーザ
構成することによりへき開面のいらない高品質のレーザ
光を得ることができる。さらに両領域間のｐ−InP層８
を分解エッチングすることによって光変調部２に独立に
電界印加もしくは電流注入を行なうことができ、電気光
学効果やキャリヤ注入効果および量子シュタルク効果に
よる吸収係数や屈折率変化を利用した光変調等の光制御
を行なうことができる。
構成することによりへき開面のいらない高品質のレーザ
光を得ることができる。さらに両領域間のｐ−InP層８
を分解エッチングすることによって光変調部２に独立に
電界印加もしくは電流注入を行なうことができ、電気光
学効果やキャリヤ注入効果および量子シュタルク効果に
よる吸収係数や屈折率変化を利用した光変調等の光制御
を行なうことができる。
このように本発明による光集積回路およびその製造法で
は非常に容易な方法で高性能，高機能の高集積回路を得
ることができる。
は非常に容易な方法で高性能，高機能の高集積回路を得
ることができる。
尚、第１の実施例においては、幅の異なる２つのメサス
トライプ領域によるInGaAsP／InP系外部変調器構造に示
したが、同一基板上に受光領域を含む場合も同様であ
る。この場合は受光領域として第３のストライプ幅を有
するメサ領域を形成し、メサストライプの幅を発光領域
もしくは光導波領域より大きくすることにより、この領
域においてバンドギャップを他の領域より小さくするこ
とができ、発光領域および光導波領域からの光を効率良
く受光することができる。またメサストライプをInP基
板上でなく、既に成長されたエピタキシャル層上に形成
する場合も全く同一である。また２本の溝（ダブルチャ
ンネル）を形成してメサストライプ領域を形成すること
ができる。
トライプ領域によるInGaAsP／InP系外部変調器構造に示
したが、同一基板上に受光領域を含む場合も同様であ
る。この場合は受光領域として第３のストライプ幅を有
するメサ領域を形成し、メサストライプの幅を発光領域
もしくは光導波領域より大きくすることにより、この領
域においてバンドギャップを他の領域より小さくするこ
とができ、発光領域および光導波領域からの光を効率良
く受光することができる。またメサストライプをInP基
板上でなく、既に成長されたエピタキシャル層上に形成
する場合も全く同一である。また２本の溝（ダブルチャ
ンネル）を形成してメサストライプ領域を形成すること
ができる。
次に、本発明の第２の実施例としての多波長レーザに関
して同じくInGaAsP／InP系の半導体材料を用いて説明す
る。
して同じくInGaAsP／InP系の半導体材料を用いて説明す
る。
第５図は本発明の第２の実施例として３波多重半導体レ
ーザを示す。１０はｎ型InP基板、１１，１２，１３は
それぞれストライプ幅６μｍ，１５μｍ，３０μｍのメ
サストライプである。１４はｎ型InP層、１５は活性層
である多重量子井戸層、１６はｐ型InP層、１７はｐ型I
nGaAsPコンタクト層である。メサストライプ１１，１
２，１３の高さは約２μｍである。この半導体レーザの
作製は、まずｎ型InP基板上にSiO2などのマスクのパタ
ーン後、HCl／H3PO4系エッチャントでエッチングの後マ
スクを除去し、メサを形成する。メサとしてはダブルチ
ャンネルを形成することによっても得ることができる。
このメサを有するInP基板上に例えば液相成長法により
ｎ型InP層１４を厚み０．５μｍ成長後、１．３μｍ帯I
nGaAsP量子井戸層と１．０５μｍ帯InGaAsP障壁層から
なる多重量子井戸層を成長し、その後、連続して順次ｐ
型InP層１６およびｐ型InGaAsPコンタクト層を成長す
る。液相成長法でこのようなメサ構造上にエピタキシャ
ル成長した場合、メサストライプ上の膜厚は通常の平坦
部に比べ薄くなり、また、各ストライプ１１，１２，１
３の幅に大きく依存し、前述した第３図に示すように
１．３μｍ帯InGaAsP井戸層の膜厚とストライプ幅の関
係を示す。ここで第１の実施例と同じく成長は基板をス
ライドさせながら成長するスライド成長法で行い、成長
温度５９０℃，スライド速度３０mm/sec，基板の幅は１
０mm，成長ボートのメルト穴の長さは７mmである。ま
た、メサの高さは２μｍである。ここで、メサ部１１と
１３の発光波長を比較すると、第３図によりメサ部１１
の井戸層の膜厚が２００Åであるのに対し、メサ部１３
のそれは５０Åとなり第４図より波長差は約７０ｎｍと
大きな差が得られる。５００Å以上の通常のエピタキシ
ャル層では膜厚に対して禁止帯波長の変化は小さいが、
５００Å以下の量子井戸層を形成することにより大きい
変化が得られるものである。以上のような第５図のエピ
構成で第６図のような半導体レーザを作製する。１８は
ｎ型電極、１９はｐ型電極、２０は各素子間の電気的分
離溝である。このような素子構成にすることにより波長
１．３μｍを中心とする３波多重の半導体レーザが得ら
れる。さらに第２のエピタキシャル成長によって埋め込
み構造を採用すればよりレーザの特性を向上できる。
尚、この第２の実施例においてInGaAsP／InP系の材料に
ついて説明したが、AlGaAs／GaAs系などの化合物半導体
材料においても有効であることは言うまでもない。ま
た、エピタキシャル成長に関して液相成長法で説明した
が、有機金属気相成長法や分子線エピ成長法についても
成長条件の最適化をはかることによって原理的に可能で
あることは言うまでもない。
ーザを示す。１０はｎ型InP基板、１１，１２，１３は
それぞれストライプ幅６μｍ，１５μｍ，３０μｍのメ
サストライプである。１４はｎ型InP層、１５は活性層
である多重量子井戸層、１６はｐ型InP層、１７はｐ型I
nGaAsPコンタクト層である。メサストライプ１１，１
２，１３の高さは約２μｍである。この半導体レーザの
作製は、まずｎ型InP基板上にSiO2などのマスクのパタ
ーン後、HCl／H3PO4系エッチャントでエッチングの後マ
スクを除去し、メサを形成する。メサとしてはダブルチ
ャンネルを形成することによっても得ることができる。
このメサを有するInP基板上に例えば液相成長法により
ｎ型InP層１４を厚み０．５μｍ成長後、１．３μｍ帯I
nGaAsP量子井戸層と１．０５μｍ帯InGaAsP障壁層から
なる多重量子井戸層を成長し、その後、連続して順次ｐ
型InP層１６およびｐ型InGaAsPコンタクト層を成長す
る。液相成長法でこのようなメサ構造上にエピタキシャ
ル成長した場合、メサストライプ上の膜厚は通常の平坦
部に比べ薄くなり、また、各ストライプ１１，１２，１
３の幅に大きく依存し、前述した第３図に示すように
１．３μｍ帯InGaAsP井戸層の膜厚とストライプ幅の関
係を示す。ここで第１の実施例と同じく成長は基板をス
ライドさせながら成長するスライド成長法で行い、成長
温度５９０℃，スライド速度３０mm/sec，基板の幅は１
０mm，成長ボートのメルト穴の長さは７mmである。ま
た、メサの高さは２μｍである。ここで、メサ部１１と
１３の発光波長を比較すると、第３図によりメサ部１１
の井戸層の膜厚が２００Åであるのに対し、メサ部１３
のそれは５０Åとなり第４図より波長差は約７０ｎｍと
大きな差が得られる。５００Å以上の通常のエピタキシ
ャル層では膜厚に対して禁止帯波長の変化は小さいが、
５００Å以下の量子井戸層を形成することにより大きい
変化が得られるものである。以上のような第５図のエピ
構成で第６図のような半導体レーザを作製する。１８は
ｎ型電極、１９はｐ型電極、２０は各素子間の電気的分
離溝である。このような素子構成にすることにより波長
１．３μｍを中心とする３波多重の半導体レーザが得ら
れる。さらに第２のエピタキシャル成長によって埋め込
み構造を採用すればよりレーザの特性を向上できる。
尚、この第２の実施例においてInGaAsP／InP系の材料に
ついて説明したが、AlGaAs／GaAs系などの化合物半導体
材料においても有効であることは言うまでもない。ま
た、エピタキシャル成長に関して液相成長法で説明した
が、有機金属気相成長法や分子線エピ成長法についても
成長条件の最適化をはかることによって原理的に可能で
あることは言うまでもない。
一方第７図(a)メサストライプ上に形成されたＭＱＷ層
の断面ＳＥＭ写真（倍率３５００倍）である。同(b)，
(c)はそれぞれ平坦部４０と幅５μｍのメサストライプ
１１上におけるＸ，Ｙ部のMQW層１５の拡大写真（倍率
１７０００倍）である。この図からＭＱＷ層１５におけ
る井戸層厚は前者で〜４００Åであるのに対し後者で〜
１００Åであり、大きく膜厚が異なり、両者間でバンド
キャップエネルギーが大きく異なることが認められる。
の断面ＳＥＭ写真（倍率３５００倍）である。同(b)，
(c)はそれぞれ平坦部４０と幅５μｍのメサストライプ
１１上におけるＸ，Ｙ部のMQW層１５の拡大写真（倍率
１７０００倍）である。この図からＭＱＷ層１５におけ
る井戸層厚は前者で〜４００Åであるのに対し後者で〜
１００Åであり、大きく膜厚が異なり、両者間でバンド
キャップエネルギーが大きく異なることが認められる。
発明の効果 以上、本発明による半導体素子およびその製造方法は、
幅の相異なるメサストライプが形成された複数の領域を
有する半導体基板上に、エピタキシャル成長により少な
くとも一層以上の５００Å以下の超薄膜層を含むエピタ
キシャル相を形成することを特徴とするものであり、一
回のエピタキシャル成長で、基板上の複数の領域にバン
ドギャップエネルギーの相異なる成長層を得ることがで
きるものである。また各領域を受光，発光，光導波領域
とすることにより、各領域間での良好な光波の結合が行
われる高性能，高信頼性を有する光集積回路や、各領域
を半導体レーザとすることにより、発振効果が大きく異
なる多波長レーザを得ることができ、その有用性は大で
ある。
幅の相異なるメサストライプが形成された複数の領域を
有する半導体基板上に、エピタキシャル成長により少な
くとも一層以上の５００Å以下の超薄膜層を含むエピタ
キシャル相を形成することを特徴とするものであり、一
回のエピタキシャル成長で、基板上の複数の領域にバン
ドギャップエネルギーの相異なる成長層を得ることがで
きるものである。また各領域を受光，発光，光導波領域
とすることにより、各領域間での良好な光波の結合が行
われる高性能，高信頼性を有する光集積回路や、各領域
を半導体レーザとすることにより、発振効果が大きく異
なる多波長レーザを得ることができ、その有用性は大で
ある。
第１図(a)は本発明の第１の実施例による光集積回路の
平面図、第１図(b)，(c)は同(a)のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′
線断面図、第２図(a)〜(d)は本発明による量子井戸構造
の作製方法の概略工程断面図、第３図は実施例における
メサストライプ幅(Ｗ)とInGaAsP井戸層厚の関係を示す
図、第４図は同じく井戸層厚とバンドギャップ波長の関
係図、第５図は本発明の第２の実施例の３波多重半導体
レーザのエピ構造断面図、第６図は同３波多重レーザの
断面図、第７図(a)，(b)，(c)はメサストライプ上のＭ
ＱＷ結晶層の電気顕微鏡による断面ＳＥＭ写真、第８図
は従来における代表的な光集積回路の構造断面図、第９
図は従来のハイブリッド型の波長多重半導体レーザの構
造断面図、第１０図は従来のモノリシック型波長多重型
半導体レーザの構造断面図である。 １……InP基板、２……光変調部、３……発光部、５…
…光導波層、６……活性層、１１〜１３……メサストラ
イプ、１５……ＭＱＷ層、１６……ｐ−InP層、２０…
…分離溝。
平面図、第１図(b)，(c)は同(a)のＡ−Ａ′，Ｂ−Ｂ′
線断面図、第２図(a)〜(d)は本発明による量子井戸構造
の作製方法の概略工程断面図、第３図は実施例における
メサストライプ幅(Ｗ)とInGaAsP井戸層厚の関係を示す
図、第４図は同じく井戸層厚とバンドギャップ波長の関
係図、第５図は本発明の第２の実施例の３波多重半導体
レーザのエピ構造断面図、第６図は同３波多重レーザの
断面図、第７図(a)，(b)，(c)はメサストライプ上のＭ
ＱＷ結晶層の電気顕微鏡による断面ＳＥＭ写真、第８図
は従来における代表的な光集積回路の構造断面図、第９
図は従来のハイブリッド型の波長多重半導体レーザの構
造断面図、第１０図は従来のモノリシック型波長多重型
半導体レーザの構造断面図である。 １……InP基板、２……光変調部、３……発光部、５…
…光導波層、６……活性層、１１〜１３……メサストラ
イプ、１５……ＭＱＷ層、１６……ｐ−InP層、２０…
…分離溝。
Claims (7)
- 【請求項１】半導体基板上に幅の異なる第１，第２のメ
サストライプ領域を形成し、前記第１，第２のメサスト
ライプ領域上に、エピタキシャル成長層よりなる５００
Å以下の超薄膜層を含むとともにバンドギャップの異な
る第１，第２の量子井戸層を形成し、前記第１，第２の
メサストライプ上に前記第１，第２の量子井戸層を含む
異なる第１，第２の半導体領域を形成したことを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項２】第１，第２の領域が、発光領域，受光領
域，光導波領域もしくはそのいずれか２つであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 - 【請求項３】量子井戸層が活性層であり、第１，第２の
領域が発光波長の異なる発光領域であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 - 【請求項４】幅の相異なる第１，第２のメサストライプ
が形成された半導体基板上に、エピタキシャル成長法に
より少なくとも一層以上の厚さ５００Å以下の超薄膜層
を含む量子井戸層を形成するとともに、前記第１および
第２のメサストライプ上に前記量子井戸層より成りバン
ドギャップエネルギーが相異なる第１，第２の領域をそ
れぞれ形成することを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項５】エピタキシャル成長法が液相法であること
を特徴とする特許請求の範囲第４項記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項６】メサストライプの幅が３μｍ以上であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項７】半導体基板がInPで超薄膜層がInGaAsPであ
ることを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の半導体
装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP580988A JPH069277B2 (ja) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | 半導体装置およびその製造方法 |
| US07/296,020 US4961198A (en) | 1988-01-14 | 1989-01-12 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP580988A JPH069277B2 (ja) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01186693A JPH01186693A (ja) | 1989-07-26 |
| JPH069277B2 true JPH069277B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=11621410
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP580988A Expired - Fee Related JPH069277B2 (ja) | 1988-01-14 | 1988-01-14 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH069277B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2815769B2 (ja) * | 1992-12-15 | 1998-10-27 | 三菱電機株式会社 | 半導体レーザの製造方法 |
| JP5553075B2 (ja) * | 2006-08-10 | 2014-07-16 | 三菱電機株式会社 | 半導体光集積素子 |
| JP2009302138A (ja) * | 2008-06-10 | 2009-12-24 | Opnext Japan Inc | 半導体レーザ素子、及び半導体レーザ素子の製造方法 |
-
1988
- 1988-01-14 JP JP580988A patent/JPH069277B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01186693A (ja) | 1989-07-26 |
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|---|---|---|---|
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