JPH0846300A - 量子井戸を有する半導体構造における波長のシフト方法 - Google Patents
量子井戸を有する半導体構造における波長のシフト方法Info
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- JPH0846300A JPH0846300A JP7081290A JP8129095A JPH0846300A JP H0846300 A JPH0846300 A JP H0846300A JP 7081290 A JP7081290 A JP 7081290A JP 8129095 A JP8129095 A JP 8129095A JP H0846300 A JPH0846300 A JP H0846300A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、量子井戸を有する半導体構造にお
ける波長のシフト方法を提供する。 【構成】 III−V型半導体構造(1)の上面(4)
から、内部の量子構造(10)の井戸と障壁の間に元素
の相互拡散を熱誘導する。この相互拡散は、振幅変調器
を構成するためにその特性波長をシフトしなければなら
ないセグメント(SC)中でのみ実施され、構造のもう
一方のセグメント(SL)はレーザ発信器を構成するた
めにブラグ格子(22)を含む。本発明によれば、この
相互拡散は、誘電体密封層(20)によって上面(4)
と接触した状態に維持されるインジウム層(18)によ
って誘導される。本発明は、特に光遠隔通信に適用され
る。
ける波長のシフト方法を提供する。 【構成】 III−V型半導体構造(1)の上面(4)
から、内部の量子構造(10)の井戸と障壁の間に元素
の相互拡散を熱誘導する。この相互拡散は、振幅変調器
を構成するためにその特性波長をシフトしなければなら
ないセグメント(SC)中でのみ実施され、構造のもう
一方のセグメント(SL)はレーザ発信器を構成するた
めにブラグ格子(22)を含む。本発明によれば、この
相互拡散は、誘電体密封層(20)によって上面(4)
と接触した状態に維持されるインジウム層(18)によ
って誘導される。本発明は、特に光遠隔通信に適用され
る。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は全般的に、量子井戸を有
する半導体構造において波長をシフトする方法に関す
る。本発明は特に、同じIII−V型半導体構造の連続
する2つのセグメントの形態でレーザと振幅変調器を統
合することに適用され、この2つのセグメントが、その
導波層の特性波長が互いに異なる、レーザ・セグメント
と変調器セグメントを構成する。この統合によって得ら
れる光コンポーネントは、光ファイバ通信システムで利
用される。
する半導体構造において波長をシフトする方法に関す
る。本発明は特に、同じIII−V型半導体構造の連続
する2つのセグメントの形態でレーザと振幅変調器を統
合することに適用され、この2つのセグメントが、その
導波層の特性波長が互いに異なる、レーザ・セグメント
と変調器セグメントを構成する。この統合によって得ら
れる光コンポーネントは、光ファイバ通信システムで利
用される。
【0002】
【従来の技術】このような統合を実現するための方法は
多数知られている。その最初のものは、「突合せ結合」
(butt-coupling method)と呼ばれ、B. GarrettとE. J.
Thrushの論文(J. Crys, Growth 、97 (1989) 273
)に記載されている。
多数知られている。その最初のものは、「突合せ結合」
(butt-coupling method)と呼ばれ、B. GarrettとE. J.
Thrushの論文(J. Crys, Growth 、97 (1989) 273
)に記載されている。
【0003】上記の方法は、ステップ数が多いという欠
点をもつ。
点をもつ。
【0004】この欠点はT. Kats, T. Sanaki, K. Komat
su及びJ. Mits の論文(Electron-Letters. 28 (1992)
153 )に記載の既知の第2の方法では回避される。
su及びJ. Mits の論文(Electron-Letters. 28 (1992)
153 )に記載の既知の第2の方法では回避される。
【0005】この第2の方法は、レーザ・セグメントの
境界を定める誘電性マスクによって限定される領域内で
の選択的エピタキシアル成長を含む。この場合、2つの
セグメントの特性波長に差が現れる。これは、マスクで
覆われたゾーンから開口するゾーンへの気体種の拡散に
よって引き起こされる厚さ及び組成の違いから生じるも
のである。実際に、この方法は低圧有機金属気相エピタ
キシ(LP−OMVPE)だけで実施することができ
る。この方法では、技術開発に時間がかかる。
境界を定める誘電性マスクによって限定される領域内で
の選択的エピタキシアル成長を含む。この場合、2つの
セグメントの特性波長に差が現れる。これは、マスクで
覆われたゾーンから開口するゾーンへの気体種の拡散に
よって引き起こされる厚さ及び組成の違いから生じるも
のである。実際に、この方法は低圧有機金属気相エピタ
キシ(LP−OMVPE)だけで実施することができ
る。この方法では、技術開発に時間がかかる。
【0006】既知の第3の方法は、「局所誘導相互拡
散」と呼ぶことができる。この方法は、上記の欠点を避
けることができ、J. Y. Emery 、L. Golstein 、C. Sta
rk、P.Pagnod-Rossiaux、J. L. Peyre 、F. Gabarit、
C. Labourie 、F. H. Julien及びC. Francis等の論文
(Proceedings of the Fifth International Conferenc
eon InP. and Related Materials, paris 1993, p.1
(事後提出論文))に記載されている。
散」と呼ぶことができる。この方法は、上記の欠点を避
けることができ、J. Y. Emery 、L. Golstein 、C. Sta
rk、P.Pagnod-Rossiaux、J. L. Peyre 、F. Gabarit、
C. Labourie 、F. H. Julien及びC. Francis等の論文
(Proceedings of the Fifth International Conferenc
eon InP. and Related Materials, paris 1993, p.1
(事後提出論文))に記載されている。
【0007】以下に、この方法について詳述する。
【0008】この方法は、工業的製造に移し難く、また
結果の再現性が悪いという欠点がある。
結果の再現性が悪いという欠点がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に上記の
欠点を簡単な方法で回避することを目的とする。
欠点を簡単な方法で回避することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、量子井戸を有
する半導体構造における波長のシフト方法を提供する。
この方法は、量子構造の井戸と障壁の構成元素の相互拡
散を含む。この量子構造は、III−V型半導体構造の
内部にある。相互拡散は、この半導体構造の上面から熱
誘導される。この方法は、この相互拡散が、半導体構造
の前記面に接触して凝縮した状態(condensed state )
に維持される誘導材料の層によって誘導されることを特
徴とする。
する半導体構造における波長のシフト方法を提供する。
この方法は、量子構造の井戸と障壁の構成元素の相互拡
散を含む。この量子構造は、III−V型半導体構造の
内部にある。相互拡散は、この半導体構造の上面から熱
誘導される。この方法は、この相互拡散が、半導体構造
の前記面に接触して凝縮した状態(condensed state )
に維持される誘導材料の層によって誘導されることを特
徴とする。
【0011】次に、添付の図面を参照しながら、本発明
がどのように実施できるかを非限定的な例としてより詳
細に説明する。同一要素が複数の図に出てくる場合は、
同じ参照記号で表すことにする。
がどのように実施できるかを非限定的な例としてより詳
細に説明する。同一要素が複数の図に出てくる場合は、
同じ参照記号で表すことにする。
【0012】
【実施例】まず最初に、本発明による方法と前述の既知
の第3の方法に共通する様々なステップについて述べ
る。
の第3の方法に共通する様々なステップについて述べ
る。
【0013】第1の共通ステップにおいて、III族元
素としてインジウムとガリウムを含み、V族元素として
リンとヒ素を含む、III−V型半導体材料からなる単
結晶性の出発構造を形成する。この材料中のリンとヒ素
の含有量の比を、以下ではこの材料のリン/ヒ素比と称
する。この構造は、縦方向X、横方向Y及び垂直方向Z
を規定する。この構造は、この垂直方向に沿ってこの構
造の下面2から上面4へと連続する以下の層を備える。
素としてインジウムとガリウムを含み、V族元素として
リンとヒ素を含む、III−V型半導体材料からなる単
結晶性の出発構造を形成する。この材料中のリンとヒ素
の含有量の比を、以下ではこの材料のリン/ヒ素比と称
する。この構造は、縦方向X、横方向Y及び垂直方向Z
を規定する。この構造は、この垂直方向に沿ってこの構
造の下面2から上面4へと連続する以下の層を備える。
【0014】下部閉込め層6:この層はInPからな
り、厚さが少なくとも200nmである。これは、第1
の導電型、たとえばn型である。この層は、同じ導電型
の厚さ300μmの基板8上に形成される。
り、厚さが少なくとも200nmである。これは、第1
の導電型、たとえばn型である。この層は、同じ導電型
の厚さ300μmの基板8上に形成される。
【0015】量子構造10:この構造は、垂直方向に交
互に連続する、P2、P3などの量子井戸とB1、B
2、B3などの障壁とからなる。井戸の数はたとえば6
個である。これらの井戸と障壁の間に境界面SFが現れ
る。井戸の材料のリン/ヒ素比は、障壁の材料のリン/
ヒ素比と異なる。この量子構造は、この比ならびに各層
の厚さとIII族元素の含有量に依存するある特性波
長、たとえば1.5μmの特性波長を有する。この第1
ステップにおいては、この波長は縦方向に沿って一定で
ある。
互に連続する、P2、P3などの量子井戸とB1、B
2、B3などの障壁とからなる。井戸の数はたとえば6
個である。これらの井戸と障壁の間に境界面SFが現れ
る。井戸の材料のリン/ヒ素比は、障壁の材料のリン/
ヒ素比と異なる。この量子構造は、この比ならびに各層
の厚さとIII族元素の含有量に依存するある特性波
長、たとえば1.5μmの特性波長を有する。この第1
ステップにおいては、この波長は縦方向に沿って一定で
ある。
【0016】第1の導電型とは反対の第2の導電型(p
型)の上部閉込め層12:この層はInPからなり、厚
さが少なくとも300nmである。この構造は、2つの
閉込め層の間を順方向に流れるバイアス電流が、量子構
造10中に2つの逆のタイプの電荷担体を注入させるよ
うになっている。この注入によって、この量子構造の特
性波長を有する光波の選択的増幅が可能になる。
型)の上部閉込め層12:この層はInPからなり、厚
さが少なくとも300nmである。この構造は、2つの
閉込め層の間を順方向に流れるバイアス電流が、量子構
造10中に2つの逆のタイプの電荷担体を注入させるよ
うになっている。この注入によって、この量子構造の特
性波長を有する光波の選択的増幅が可能になる。
【0017】この方法は、次に以下のステップを含む。
【0018】−出発構造の長さに沿って、シフトされた
波長を有するセグメントSMと維持された波長を有する
セグメントSLとを構成する2つの分離されたセグメン
トを規定する。
波長を有するセグメントSMと維持された波長を有する
セグメントSLとを構成する2つの分離されたセグメン
トを規定する。
【0019】−シフトされた波長を有するセグメントS
Mにおいては出発構造の上面4を露出させ、維持された
波長を有するセグメントSLにおいてはこの上面4を覆
うように、保護層14を形成する。この層はたとえば厚
さ300nmの誘電体である。
Mにおいては出発構造の上面4を露出させ、維持された
波長を有するセグメントSLにおいてはこの上面4を覆
うように、保護層14を形成する。この層はたとえば厚
さ300nmの誘電体である。
【0020】−シフト・ステップにおいて、この上面を
相互拡散温度で拡散誘導材料の作用にさらす。この材料
の濃度とこの温度は、上部閉込め層12の表面部分13
に影響を与える改質を引き起こし、それによって上部閉
込め層を介して量子構造10中にV族元素の相互拡散を
誘導するのに十分なものである。この相互拡散により、
リンとヒ素が量子構造10の境界面SFを横切って拡散
し、それにより、この層の特性波長の所望の局所的シフ
トを引き起こす。この改質、相互拡散及びシフトは、少
なくとも、維持された波長を有するセグメントSLにお
いては保護層14によって制限される。
相互拡散温度で拡散誘導材料の作用にさらす。この材料
の濃度とこの温度は、上部閉込め層12の表面部分13
に影響を与える改質を引き起こし、それによって上部閉
込め層を介して量子構造10中にV族元素の相互拡散を
誘導するのに十分なものである。この相互拡散により、
リンとヒ素が量子構造10の境界面SFを横切って拡散
し、それにより、この層の特性波長の所望の局所的シフ
トを引き起こす。この改質、相互拡散及びシフトは、少
なくとも、維持された波長を有するセグメントSLにお
いては保護層14によって制限される。
【0021】このようにして実現される波長のシフト
は、青色シフトである。このシフトの大きさは数十ナノ
メートルである。維持された波長及びシフトされた波長
は、たとえば1490nmと1420nmである。
は、青色シフトである。このシフトの大きさは数十ナノ
メートルである。維持された波長及びシフトされた波長
は、たとえば1490nmと1420nmである。
【0022】−最後に、このように改質された出発構造
の上面4をエッチングして、維持された波長を有するセ
グメントSLにおける保護層14を除去し、かつシフト
された波長を有するセグメントSMにおける上部閉込め
層12の改質された表面部分13を除去する。これによ
って、維持された波長を有する前記セグメント及びシフ
トされた波長を有する前記セグメントを通してバイアス
電流を伝導でき、この2つのセグメント中で異なる特性
波長を有する、局所的にシフトされた波長を有する構造
16が得られる。
の上面4をエッチングして、維持された波長を有するセ
グメントSLにおける保護層14を除去し、かつシフト
された波長を有するセグメントSMにおける上部閉込め
層12の改質された表面部分13を除去する。これによ
って、維持された波長を有する前記セグメント及びシフ
トされた波長を有する前記セグメントを通してバイアス
電流を伝導でき、この2つのセグメント中で異なる特性
波長を有する、局所的にシフトされた波長を有する構造
16が得られる。
【0023】この上記の既知の第3の方法では、シフト
・ステップは、誘導材料としてリンを含む密封アンプル
にこの構造を入れるステップを含む。次に、このアンプ
ルを相互拡散温度に加熱して、前述の構造の上面を前述
の材料の高い蒸気圧にさらす。相互拡散温度は、600
〜700℃である。
・ステップは、誘導材料としてリンを含む密封アンプル
にこの構造を入れるステップを含む。次に、このアンプ
ルを相互拡散温度に加熱して、前述の構造の上面を前述
の材料の高い蒸気圧にさらす。相互拡散温度は、600
〜700℃である。
【0024】本発明によれば、シフト・ステップ自体は
以下のステップを含む。
以下のステップを含む。
【0025】−出発構造1の上面4上に前記誘導材料の
層18を堆積する。この誘導材料は、元素同期律表の第
III欄及び第V欄から選択すると好都合であり、イン
ジウムから構成されるのが好ましい。
層18を堆積する。この誘導材料は、元素同期律表の第
III欄及び第V欄から選択すると好都合であり、イン
ジウムから構成されるのが好ましい。
【0026】−この誘導材料層の上に、相互拡散温度に
耐えるリーク防止用密封層20を堆積する。この層は、
たとえば厚さが50nmの誘電体である。
耐えるリーク防止用密封層20を堆積する。この層は、
たとえば厚さが50nmの誘電体である。
【0027】−最後に、出発構造を600〜700℃で
ある相互拡散温度に加熱する。
ある相互拡散温度に加熱する。
【0028】この密封層は、この温度での誘導材料の蒸
発、リークまたは酸化を防止する。したがって、この構
造を密封アンプルに入れるステップの欠点が回避され
る。密封層で保護された前述の構造を、数回アニールし
て、所望の値の波長シフトを精度よく得ることができ
る。実際には、このシフトは、相互拡散温度で実施され
るアニール操作の全持続時間の関数として直線的に変化
することがわかる。その上、インジウムは、均一な厚さ
を有する薄い層の形で容易に堆積させることができる。
この厚さは通常3〜300nmであり、約10〜50n
mとすることが好ましい。
発、リークまたは酸化を防止する。したがって、この構
造を密封アンプルに入れるステップの欠点が回避され
る。密封層で保護された前述の構造を、数回アニールし
て、所望の値の波長シフトを精度よく得ることができ
る。実際には、このシフトは、相互拡散温度で実施され
るアニール操作の全持続時間の関数として直線的に変化
することがわかる。その上、インジウムは、均一な厚さ
を有する薄い層の形で容易に堆積させることができる。
この厚さは通常3〜300nmであり、約10〜50n
mとすることが好ましい。
【0029】上記の相互拡散温度の範囲は、量子構造1
0中の境界面SFを横切るIII族元素の拡散と、下部
閉込め層6及び上部閉込め層12からこの量子構造への
ドープ材料の拡散とを同時に防止するのに十分なだけ低
いものである。
0中の境界面SFを横切るIII族元素の拡散と、下部
閉込め層6及び上部閉込め層12からこの量子構造への
ドープ材料の拡散とを同時に防止するのに十分なだけ低
いものである。
【0030】保護層14と密封層20は、シリカSiO
2 や窒化シリコンSi3 N4 等の通常使用される誘電体
材料から構成することが好ましい。
2 や窒化シリコンSi3 N4 等の通常使用される誘電体
材料から構成することが好ましい。
【0031】光ファイバ通信システム用のコンポーネン
ト作成の一環として、局所的にシフトされた波長を有す
る前述の構造16における下面2及び上面4に電極E
L、EM、ECを形成する。上面4上にはセグメントS
L中のレーザ電極EL及びセグメントSM中の変調器電
極EMがあり、下面2上には共通電極ECがある。
ト作成の一環として、局所的にシフトされた波長を有す
る前述の構造16における下面2及び上面4に電極E
L、EM、ECを形成する。上面4上にはセグメントS
L中のレーザ電極EL及びセグメントSM中の変調器電
極EMがあり、下面2上には共通電極ECがある。
【0032】その上、この構造中には、たとえばブラグ
格子22によって共鳴空洞が形成されている。このブラ
グ格子は、出発構造の上部閉込め層12中に位置する。
格子22によって共鳴空洞が形成されている。このブラ
グ格子は、出発構造の上部閉込め層12中に位置する。
【0033】このようにして、発信器と変調器を統合し
た形で含む半導体光コンポーネントが提供される。発信
器は、維持された波長を有するセグメント中で正の利得
を示すレーザ発信器である。変調器は、シフトされた波
長を有するセグメント中でこの発信器の光を変調する。
通常、共鳴空洞22は維持された波長を有するセグメン
トSL中に形成され、変調器は発信器の光の振幅を変調
する。
た形で含む半導体光コンポーネントが提供される。発信
器は、維持された波長を有するセグメント中で正の利得
を示すレーザ発信器である。変調器は、シフトされた波
長を有するセグメント中でこの発信器の光を変調する。
通常、共鳴空洞22は維持された波長を有するセグメン
トSL中に形成され、変調器は発信器の光の振幅を変調
する。
【図1】本発明の方法によって形成される波長シフト構
造を含む光コンポーネントの縦断面図である。
造を含む光コンポーネントの縦断面図である。
【図2】図1の細部IIを示す図である。
【図3】図1の波長シフト構造に変形する前のシフト・
ステップ中における出発構造の、図4の線III−II
Iに沿って長手方向に切断した部分断面図である。
ステップ中における出発構造の、図4の線III−II
Iに沿って長手方向に切断した部分断面図である。
【図4】図3の構造の部分上面図である。
2 下面 4 上面 6 下部閉込め層 8 基板 10 量子構造 12 上部閉込め層 14 保護層 18 誘導材料層 20 密封層
Claims (10)
- 【請求項1】 量子構造(10)の少なくとも1つの井
戸(P2)と障壁(B2)との間での元素の相互拡張を
含み、前記構造がIII−V型半導体構造(1)の内部
にあり、この相互拡散が、この半導体構造の面(4)か
ら作用する誘導材料によって熱誘導される、量子井戸を
有する半導体構造における波長のシフト方法であって、 誘導材料が、半導体構造(1)の前記面(4)に接触し
た状態に維持される凝縮された材料の層(18)の形を
有することを特徴とする方法。 - 【請求項2】 前記誘導材料が、元素周期律表のそれぞ
れ第III欄及び第V欄に含まれるIII族及びV族の
元素のうちから選択されることを特徴とする、請求項1
に記載の方法。 - 【請求項3】 前記誘導材料がインジウムであることを
特徴とする、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 誘導材料の前記層が、厚さ3〜300n
m、好ましくは10〜50nmであることを特徴とす
る、請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 前記相互拡散が、V族元素の拡散に十分
なだけ高く、かつIII族元素の拡散を避けるのに十分
なだけ低い相互拡散温度で実施されることを特徴とす
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 前記相互拡散温度が、600〜700℃
であることを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 まず、III族元素としてインジウムと
ガリウムを含み、V族元素としてリンとヒ素を含む、I
II−V型半導体材料からなり、この材料中のリンとヒ
素の含有量の比がこの材料のリン/ヒ素比を構成する単
結晶性の出発構造であって、この構造が、縦(X)、横
(Y)及び垂直(Z)の方向を有し、この構造の下面
(2)と上面(4)の間にこの垂直方向に沿って下記の
順序で連続する層、すなわち −第1の導電型の下部閉込め層(6)と、 −垂直方向に交互に連続する量子井戸(P2、P3)と
障壁(B1、B2、B3)とからなり、これらの井戸と
障壁の間に境界面(SF)を有し、井戸の材料のリン/
ヒ素比が障壁の材料のリン/ヒ素比と異なり、この比に
依存する特性波長を有し、この波長が当初縦方向に一定
である、量子構造(10)と、 −第1の導電型とは反対の第2の導電型の上部閉込め層
(12)とを備え、2つの閉込め層間を順方向に流れる
バイアス電流が、量子構造(10)中に2つの逆のタイ
プの電荷担体を注入させ、この注入によって、この量子
構造の前記特性波長を有する光波の選択的増幅が可能に
なるようになっている出発構造を形成するステップを含
み、続いて −出発構造の長さ中で、シフトした波長を有するセグメ
ント(SM)と維持された波長を有するセグメント(S
L)とを構成する2つの分離したセグメントを規定する
ステップと、 −シフトされた波長を有するセグメント(SM)中では
出発構造の上面(4)を露出させ、維持された波長を有
するセグメント(SL)中ではこの上面(4)を覆う保
護層(14)を形成するステップと、 −シフト・ステップにおいて、誘導材料の濃度と相互拡
散温度が、上部閉込め層(12)の表面部分(13)に
影響を与える改質を引き起こし、それによって上部閉込
め層を介して量子構造(10)中に、V族元素の相互拡
散を誘導するのに十分であり、この相互拡散により、リ
ンとヒ素が量子構造(10)の境界面(SF)を横切っ
て拡散し、それにより、この層の特性波長の所望の局所
的シフトを引き起こし、この改質、相互拡散及びシフト
が少なくとも、維持された波長を有するセグメント(S
L)においては保護層(14)によって制限されるよう
にして、この上面を相互拡散温度で誘導材料の作用のも
とにさらすステップと、 −改質された出発構造の上面(4)をエッチングして、
維持された波長を有するセグメント(SL)中の保護層
(14)を除去し、かつシフトされた波長を有するセグ
メント(SM)中の上部閉込め層(12)の改質された
表面部分(13)を除去し、それによって、維持された
波長を有する前記セグメント及びシフトされた波長を有
する前記セグメントを通して前記バイアス電流を伝導で
き、この2つのセグメント中で異なる特性波長を有す
る、局所的にシフトされた波長を有する構造(16)を
得るステップとを含み、 前記シフト・ステップ自体が、 −出発構造(1)の上面(4)上に前記誘導材料の層
(18)を堆積するステップと、 −この誘導材料層上に、相互拡散温度に耐えるリーク防
止用密封層(20)を堆積するステップと、 −前記出発構造を相互拡散温度に加熱するステップとを
含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 前記保護層(14)及び密封層(20)
が、シリカSiO2 や窒化シリコンSi3 N4 などの誘
電体材料から構成されることを特徴とする、請求項7に
記載の方法。 - 【請求項9】 局所的にシフトされた波長を有する構造
(16)の下面(2)及び上面(4)に電極(EL、E
M、EC)を形成し、この構造中に共鳴空洞(22)を
形成して、発信器と変調器を統合した形で含む半導体光
コンポーネントを作成し、この発信器が、維持された波
長を有するセグメント中で正の利得を有し、この変調器
がシフトされた波長を有するセグメント中でこの発信器
の光を変調することを特徴とする、請求項7に記載の方
法。 - 【請求項10】 前記共鳴空洞(22)が維持された波
長を有するセグメント(SL)中に形成され、前記変調
器が発信器の光の振幅を変調することを特徴とする、請
求項9に記載の方法。
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