JPH09331106A - 半導体光素子の製造方法 - Google Patents
半導体光素子の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 選択成長において、多重量子井戸構造を成長
する際、すべての量子井戸のＰＬスペクトルのピーク波
長を一致させることができる選択成長法を提供する。 【解決手段】 選択成長で多重量子井戸（ＭＱＷ）６を
成長する際、成長位置に対する成長レート増加率を考慮
し、ＭＱＷ６の各層の成長時間を変調させることで、各
量子井戸の層厚を等しくすることができ、各量子井戸の
ＰＬピーク波長を等しくすることが可能となる。この成
長法を用いれば、選択成長でＭＱＷを作製する場合、す
べての量子井戸層のＰＬピーク波長を一致させることが
できるため、利得を必要とするような半導体デバイス、
例えば、半導体レーザ，半導体光増幅器，光変調器等を
作製する上で非常に有効である。
する際、すべての量子井戸のＰＬスペクトルのピーク波
長を一致させることができる選択成長法を提供する。 【解決手段】 選択成長で多重量子井戸（ＭＱＷ）６を
成長する際、成長位置に対する成長レート増加率を考慮
し、ＭＱＷ６の各層の成長時間を変調させることで、各
量子井戸の層厚を等しくすることができ、各量子井戸の
ＰＬピーク波長を等しくすることが可能となる。この成
長法を用いれば、選択成長でＭＱＷを作製する場合、す
べての量子井戸層のＰＬピーク波長を一致させることが
できるため、利得を必要とするような半導体デバイス、
例えば、半導体レーザ，半導体光増幅器，光変調器等を
作製する上で非常に有効である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体光素子の製
造方法に関する。
造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）にお
ける、ストライプ状誘電体マスクを用いた選択成長は、
誘電体マスクの幅を変えることのみで、誘電体マスクに
挾まれた成長領域に成長される半導体結晶の組成及び層
厚を変化させることができるため、光集積素子等を作製
する基本技術として研究が盛んに行われている。
ける、ストライプ状誘電体マスクを用いた選択成長は、
誘電体マスクの幅を変えることのみで、誘電体マスクに
挾まれた成長領域に成長される半導体結晶の組成及び層
厚を変化させることができるため、光集積素子等を作製
する基本技術として研究が盛んに行われている。
【０００３】図６（ａ）は、従来の選択成長で用いる誘
電体マスクのパターンを示す模式図である。従来の選択
成長法では、ＩｎＰ等の半導体基板１上に、幅１．５μ
ｍの成長領域２を挾んで対向する一対のストライプ状薄
膜の誘電体マスク５を形成し、ＭＯＶＰＥを用いて、Ｉ
ｎＧｓＡｓＰ等の四元結晶を成長領域２に選択的に成長
させる。このとき、成長される結晶組成波長、及び結晶
層厚は、前記誘電体マスク５の幅を変えることのみで制
御でき、半導体レーザ，光変調器，光増幅器等の光素子
を集積した光集積素子を一括形成できるため、光集積素
子の作製法として非常に有望である。参考文献として
は、例えば、（報告例１）ジャーナルオブクリスタルグ
ロース（ＪＣＧ），第１３２巻，第４３５頁−第４４３
頁，１９９３年が挙げられる。
電体マスクのパターンを示す模式図である。従来の選択
成長法では、ＩｎＰ等の半導体基板１上に、幅１．５μ
ｍの成長領域２を挾んで対向する一対のストライプ状薄
膜の誘電体マスク５を形成し、ＭＯＶＰＥを用いて、Ｉ
ｎＧｓＡｓＰ等の四元結晶を成長領域２に選択的に成長
させる。このとき、成長される結晶組成波長、及び結晶
層厚は、前記誘電体マスク５の幅を変えることのみで制
御でき、半導体レーザ，光変調器，光増幅器等の光素子
を集積した光集積素子を一括形成できるため、光集積素
子の作製法として非常に有望である。参考文献として
は、例えば、（報告例１）ジャーナルオブクリスタルグ
ロース（ＪＣＧ），第１３２巻，第４３５頁−第４４３
頁，１９９３年が挙げられる。
【０００４】選択成長では、誘電体マスク５の幅が、よ
り広い場合に、成長領域２に成長される量子井戸構造の
バンドギャップ波長が、より長波長側にシフトする。例
えば、図６（ａ）の誘電体マスク５を用いて多重量子井
戸（ＭＱＷ）を結晶成長すると、マスク幅の広い領域ａ
の量子井戸バンドギャップ波長を１．５５μｍとし、マ
スク幅の狭い領域ｂの量子井戸バンドギャップ波長を
１．４８μｍとすることができ、領域ａを半導体レーザ
に、領域ｂを光変調器とすることで、簡単に半導体レー
ザ／光変調器集積化光源が作製できる。図６（ｂ）中、
６は多重量子井戸層，１４，１５は光閉じ込め層，１６
はクラッド層である。
り広い場合に、成長領域２に成長される量子井戸構造の
バンドギャップ波長が、より長波長側にシフトする。例
えば、図６（ａ）の誘電体マスク５を用いて多重量子井
戸（ＭＱＷ）を結晶成長すると、マスク幅の広い領域ａ
の量子井戸バンドギャップ波長を１．５５μｍとし、マ
スク幅の狭い領域ｂの量子井戸バンドギャップ波長を
１．４８μｍとすることができ、領域ａを半導体レーザ
に、領域ｂを光変調器とすることで、簡単に半導体レー
ザ／光変調器集積化光源が作製できる。図６（ｂ）中、
６は多重量子井戸層，１４，１５は光閉じ込め層，１６
はクラッド層である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記１．５μ
ｍの狭幅の成長領域への選択成長で光集積素子の心臓部
である活性層の多重量子井戸層（ＭＱＷ）６を成長する
場合、図６（ｂ）に示すように、各量子井戸層６の層厚
は、上層になるにしたがって厚くなり、量子井戸バンド
ギャップ波長も長波長側へシフトするという問題があっ
た。
ｍの狭幅の成長領域への選択成長で光集積素子の心臓部
である活性層の多重量子井戸層（ＭＱＷ）６を成長する
場合、図６（ｂ）に示すように、各量子井戸層６の層厚
は、上層になるにしたがって厚くなり、量子井戸バンド
ギャップ波長も長波長側へシフトするという問題があっ
た。
【０００６】そのため、各量子井戸層６のフォトルミネ
ッセンス（ＰＬ）ピーク波長が異なり、活性層全体とし
てのＰＬスペクタルの半値幅を十分に狭くできなかっ
た。これは、半導体レーザの活性層の単位注入電流あた
りの利得の低下を招き、たとえレーザの共振器等の構造
を最適化した光集積素子であっても、その特性を十分に
発揮させることができなかった。
ッセンス（ＰＬ）ピーク波長が異なり、活性層全体とし
てのＰＬスペクタルの半値幅を十分に狭くできなかっ
た。これは、半導体レーザの活性層の単位注入電流あた
りの利得の低下を招き、たとえレーザの共振器等の構造
を最適化した光集積素子であっても、その特性を十分に
発揮させることができなかった。
【０００７】本発明の目的は、半導体基板上に形成され
たストライプ状誘電体薄膜に挾まれた、光導波路領域
へ、半導体多重量子井戸構造を選択的に結晶成長する工
程を含む半導体光素子の製造方法において、前記多重量
子井戸構造を成長する際、各量子井戸層の成長時間、又
は原料ガス流量を変調させ、すべての量子井戸のＰＬス
ペクトルのピーク波長を一致させることができる選択成
長法を提供することにある。
たストライプ状誘電体薄膜に挾まれた、光導波路領域
へ、半導体多重量子井戸構造を選択的に結晶成長する工
程を含む半導体光素子の製造方法において、前記多重量
子井戸構造を成長する際、各量子井戸層の成長時間、又
は原料ガス流量を変調させ、すべての量子井戸のＰＬス
ペクトルのピーク波長を一致させることができる選択成
長法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、半導体基
板上に形成されたストライプ状誘電体薄膜に挾まれた光
導波路領域へ、半導体多重量子井戸構造を選択的に結晶
成長する工程を含む半導体光素子の製造方法であって、
前記多重量子井戸構造を成長する際、各量子井戸層の成
長時間を異ならせるものである。
め、本発明に係る半導体光素子の製造方法は、半導体基
板上に形成されたストライプ状誘電体薄膜に挾まれた光
導波路領域へ、半導体多重量子井戸構造を選択的に結晶
成長する工程を含む半導体光素子の製造方法であって、
前記多重量子井戸構造を成長する際、各量子井戸層の成
長時間を異ならせるものである。
【０００９】また本発明に係る半導体光素子の製造方法
は、半導体基板上に形成されたストライプ状誘電体薄膜
に挾まれた光導波路領域へ、半導体多重量子井戸構造を
選択的に結晶成長する工程を含む半導体光素子の製造方
法であって、前記多重量子井戸構造を成長する際、各量
子井戸層の原料ガス流量を異ならせるものである。
は、半導体基板上に形成されたストライプ状誘電体薄膜
に挾まれた光導波路領域へ、半導体多重量子井戸構造を
選択的に結晶成長する工程を含む半導体光素子の製造方
法であって、前記多重量子井戸構造を成長する際、各量
子井戸層の原料ガス流量を異ならせるものである。
【００１０】また光導波路領域幅が１０μｍ以下であ
る。
る。
【００１１】また各量子井戸層の成長時間は、半導体基
板に最も近い最下層が最も長く、上層になるに従って短
くなるものである。
板に最も近い最下層が最も長く、上層になるに従って短
くなるものである。
【００１２】また各量子井戸層の原料ガス流量は、半導
体基板に最も近い最下層が最も多く、上層になるに従っ
て、少なくなるものである。
体基板に最も近い最下層が最も多く、上層になるに従っ
て、少なくなるものである。
【００１３】また半導体基板がＩｎＰであり、結晶成長
時に用いるＩＩＩ族原料種が、Ｇａ，Ｉｎ、またはＡｌ
を含む有機金属であり、Ｖ族原料種が、Ａｓ，Ｐ、また
はＮを含んでいるものである。
時に用いるＩＩＩ族原料種が、Ｇａ，Ｉｎ、またはＡｌ
を含む有機金属であり、Ｖ族原料種が、Ａｓ，Ｐ、また
はＮを含んでいるものである。
【００１４】
【作用】以下、本発明に係る半導体光素子の製造方法の
原理について説明する。図１に、ＩｎＰ基板１上に幅３
０μｍの誘電体マスク５を用い、１．５μｍ幅の成長領
域２へ、組成波長１．４６μｍのＩｎＧａＡｓＰ層を選
択成長した場合のＩｎＰ基板１に対して垂直方向の位置
に対する成長レート増加率（誘電体マスク５を用いない
ＩｎＰ基板１に全面成長したときの成長レートを基準と
している。）の実験結果を示す。成長条件としては、温
度６３５度，圧力１５０ｔｏｒｒを用いた。この実験結
果から垂直方向の成長位置が高くなるにしたがって、成
長レートが増加していることを見いだした。
原理について説明する。図１に、ＩｎＰ基板１上に幅３
０μｍの誘電体マスク５を用い、１．５μｍ幅の成長領
域２へ、組成波長１．４６μｍのＩｎＧａＡｓＰ層を選
択成長した場合のＩｎＰ基板１に対して垂直方向の位置
に対する成長レート増加率（誘電体マスク５を用いない
ＩｎＰ基板１に全面成長したときの成長レートを基準と
している。）の実験結果を示す。成長条件としては、温
度６３５度，圧力１５０ｔｏｒｒを用いた。この実験結
果から垂直方向の成長位置が高くなるにしたがって、成
長レートが増加していることを見いだした。
【００１５】この成長レート増加現象は、選択成長した
ＩｎＧａＡｓＰ層の断面が台形状となるために、ＩｎＧ
ａＡｓＰ層の成長位置が垂直方向に高くなるにつれて、
実質的な成長領域幅が狭くなっていくことが原因と考え
られる。つまり、Ｉｎ，Ｇａ等の原料種の供給量が一定
であるにもかかわらず、成長領域幅が狭くなるために、
単位面積当たりの原料供給量が増えて、垂直方向の成長
レートが増加するのである。
ＩｎＧａＡｓＰ層の断面が台形状となるために、ＩｎＧ
ａＡｓＰ層の成長位置が垂直方向に高くなるにつれて、
実質的な成長領域幅が狭くなっていくことが原因と考え
られる。つまり、Ｉｎ，Ｇａ等の原料種の供給量が一定
であるにもかかわらず、成長領域幅が狭くなるために、
単位面積当たりの原料供給量が増えて、垂直方向の成長
レートが増加するのである。
【００１６】例えば、７層ＭＱＷ６の第１層（ウエル厚
７ｎｍ，バリア厚１２ｎｍ）の成長位置をＩｎＰ基板１
から０．２μｍの位置とすると、各層を同じ成長時間で
最上層まで成長した場合、最上層のウエル厚は、最下層
のウエル厚より１４％も厚くなる。このことから、成長
位置に対する成長レート増加率を考慮し、ＭＱＷ各層の
成長時間、又は成長流量を変調させることで、各量子井
戸の層厚を等しくすることができ、各量子井戸のＰＬピ
ーク波長を等しくできることを見いだした。
７ｎｍ，バリア厚１２ｎｍ）の成長位置をＩｎＰ基板１
から０．２μｍの位置とすると、各層を同じ成長時間で
最上層まで成長した場合、最上層のウエル厚は、最下層
のウエル厚より１４％も厚くなる。このことから、成長
位置に対する成長レート増加率を考慮し、ＭＱＷ各層の
成長時間、又は成長流量を変調させることで、各量子井
戸の層厚を等しくすることができ、各量子井戸のＰＬピ
ーク波長を等しくできることを見いだした。
【００１７】一例として、図２（ａ）に具体的な成長時
間の変調例を、また図２（ａ）と同じ効果がある別の方
法として、図２（ｂ）に原料ガス流量を変調させた場合
の変調例を示す。そして、この成長時間、又は原料ガス
流量の変調法を適用した場合の、ＩｎＧａＡｓＰウエル
（組成波長１．４６μｍ＋圧縮歪０．７％）／ＩｎＧａ
ＡｓＰバリア（組成波長１．２５μｍ）の７層ＭＱＷの
ＰＬ半値幅の励起強度依存性を図２（ｃ）に示す。
間の変調例を、また図２（ａ）と同じ効果がある別の方
法として、図２（ｂ）に原料ガス流量を変調させた場合
の変調例を示す。そして、この成長時間、又は原料ガス
流量の変調法を適用した場合の、ＩｎＧａＡｓＰウエル
（組成波長１．４６μｍ＋圧縮歪０．７％）／ＩｎＧａ
ＡｓＰバリア（組成波長１．２５μｍ）の７層ＭＱＷの
ＰＬ半値幅の励起強度依存性を図２（ｃ）に示す。
【００１８】同図には、比較のために、上記変調法を用
いない従来の選択成長を適用した場合のＭＱＷのＰＬ半
値幅の実験結果も示す。同じ励起強度の場合、従来の選
択成長のＰＬ半値幅に比べて、本発明の成長時間、又は
成長流量の変調法を適用した選択成長で作製したＭＱＷ
のＰＬ半値幅は、１０ｍｅＶも狭いものが得られ、本発
明の有効性が確認された。
いない従来の選択成長を適用した場合のＭＱＷのＰＬ半
値幅の実験結果も示す。同じ励起強度の場合、従来の選
択成長のＰＬ半値幅に比べて、本発明の成長時間、又は
成長流量の変調法を適用した選択成長で作製したＭＱＷ
のＰＬ半値幅は、１０ｍｅＶも狭いものが得られ、本発
明の有効性が確認された。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図３〜
図５を用いて製造工程順に説明する。
図５を用いて製造工程順に説明する。
【００２０】（実施形態１）図３（ａ）は、本発明を分
布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ／光変調器集積化光源
に適用した場合を光導波路に沿って断面した斜視図であ
る。
布帰還型（ＤＦＢ）半導体レーザ／光変調器集積化光源
に適用した場合を光導波路に沿って断面した斜視図であ
る。
【００２１】図３（ａ）において、まずｎ−ＩｎＰ基板
１１上の活性領域に、干渉露光法等を用いて深さ３０ｎ
ｍの回折格子１２を形成する。この回折格子１２が形成
された基板上へ、図３（ｂ）に示すように＜０１１＞方
向に、ＳｉＯ2成長阻止マスク１３を、マスク幅が活性
領域で３０μｍ，受動領域で２０μｍとなるようにパタ
ーン化し、１．５μｍ幅の成長領域２を挾んで対向する
ように形成する。
１１上の活性領域に、干渉露光法等を用いて深さ３０ｎ
ｍの回折格子１２を形成する。この回折格子１２が形成
された基板上へ、図３（ｂ）に示すように＜０１１＞方
向に、ＳｉＯ2成長阻止マスク１３を、マスク幅が活性
領域で３０μｍ，受動領域で２０μｍとなるようにパタ
ーン化し、１．５μｍ幅の成長領域２を挾んで対向する
ように形成する。
【００２２】次に、マスク１３が形成された基板１１上
に、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１４（活性領域で
の組成波長１．２μｍ）を選択成長し、ＩｎＧａＡｓＰ
ウエル／ＩｎＧａＡｓＰバリアの７層多重量子井戸層６
を、本発明の成長時間変調法（図２（ａ））を用いて選
択成長する。
に、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１４（活性領域で
の組成波長１．２μｍ）を選択成長し、ＩｎＧａＡｓＰ
ウエル／ＩｎＧａＡｓＰバリアの７層多重量子井戸層６
を、本発明の成長時間変調法（図２（ａ））を用いて選
択成長する。
【００２３】更に、続けてｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込
め層１５，ｐ−ＩｎＰクラッド層１６を選択成長する。
このとき、７層多重量子井戸層６のＰＬピーク波長は、
活性領域で１．５５μｍ，受動領域で１．４８μｍとな
るように設定されている。
め層１５，ｐ−ＩｎＰクラッド層１６を選択成長する。
このとき、７層多重量子井戸層６のＰＬピーク波長は、
活性領域で１．５５μｍ，受動領域で１．４８μｍとな
るように設定されている。
【００２４】次に、フォトリソグラフィー等を用いて、
成長領域２の幅を６μｍに広げ、成長阻止マスク１３の
マスク幅を前領域で４μｍになるように再度形成し、こ
のマスク１３を用いてｐ−ＩｎＰ埋め込み層１７（層厚
２μｍ）を選択成長する。
成長領域２の幅を６μｍに広げ、成長阻止マスク１３の
マスク幅を前領域で４μｍになるように再度形成し、こ
のマスク１３を用いてｐ−ＩｎＰ埋め込み層１７（層厚
２μｍ）を選択成長する。
【００２５】その後、ＳｉＯ2膜１８を形成し、電流注
入のための窓を形成した後、上部電極１９，下部電極２
０を通常のスパッタ法等により形成して、活性領域をＤ
ＦＢレーザに、受動領域を光変調器として用い、へき開
後両端面を低反射コーティングすることで、ＤＦＢレー
ザ／光変調器集積化光源を得ることができた。
入のための窓を形成した後、上部電極１９，下部電極２
０を通常のスパッタ法等により形成して、活性領域をＤ
ＦＢレーザに、受動領域を光変調器として用い、へき開
後両端面を低反射コーティングすることで、ＤＦＢレー
ザ／光変調器集積化光源を得ることができた。
【００２６】こうして作製した素子長６００μｍの集積
化光源（ＤＦＢレーザ部３００μｍ，光変調器部３００
μｍ）は、レーザ特性が、発振しきい値電流で従来の１
／２，効率は１．５倍になり、従来、両端面劈開の状態
で室温２５℃で光出力２０ｍＷ程度で光出力の飽和が生
じていたものが、光出力３０ｍＷまで出力飽和のない特
性を達成することができた。
化光源（ＤＦＢレーザ部３００μｍ，光変調器部３００
μｍ）は、レーザ特性が、発振しきい値電流で従来の１
／２，効率は１．５倍になり、従来、両端面劈開の状態
で室温２５℃で光出力２０ｍＷ程度で光出力の飽和が生
じていたものが、光出力３０ｍＷまで出力飽和のない特
性を達成することができた。
【００２７】（実施形態２）図４（ａ）は、本発明をス
ポットサイズ変換器集積化半導体レーザに適用した断面
斜視図である。
ポットサイズ変換器集積化半導体レーザに適用した断面
斜視図である。
【００２８】図４（ａ）において、まずｎ−ＩｎＰ基板
１１上に、図４（ｂ）に示すように＜０１１＞方向に、
ＳｉＯ2成長阻止マスク１３を、マスク幅が活性領域で
５０ｎμｍ，受動領域で４μｍとなるようにパターン化
し、１．５μｍ幅の成長領域２を挾んで対向するように
形成する。
１１上に、図４（ｂ）に示すように＜０１１＞方向に、
ＳｉＯ2成長阻止マスク１３を、マスク幅が活性領域で
５０ｎμｍ，受動領域で４μｍとなるようにパターン化
し、１．５μｍ幅の成長領域２を挾んで対向するように
形成する。
【００２９】次に、このマスク１３が形成された基板１
１上に、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１４（活性領
域での組成波長１．１２μｍ）を選択成長し、ＩｎＧａ
ＡｓＰウエル／ＩｎＧａＡｓＰバリアの７層多重量子井
戸層６を本発明である成長時間変調法（図２（ａ））を
用いて選択成長する。
１上に、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層１４（活性領
域での組成波長１．１２μｍ）を選択成長し、ＩｎＧａ
ＡｓＰウエル／ＩｎＧａＡｓＰバリアの７層多重量子井
戸層６を本発明である成長時間変調法（図２（ａ））を
用いて選択成長する。
【００３０】更に、続けてｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込
め層１５，ｐ−ＩｎＰクラッド層１６を選択成長する。
このとき、７層多重量子井戸層６のＰＬピーク波長は、
活性領域で１．３μｍ，受動領域で１．１８μｍとなる
ように設定されている。
め層１５，ｐ−ＩｎＰクラッド層１６を選択成長する。
このとき、７層多重量子井戸層６のＰＬピーク波長は、
活性領域で１．３μｍ，受動領域で１．１８μｍとなる
ように設定されている。
【００３１】次に、フォトリソグラフィー等を用いて成
長領域２の幅を６μｍに広げ、成長阻止マスク１３のマ
スク幅を全領域で２μｍになるように再度形成し、この
マスクを用いてｐ−ＩｎＰ埋め込み層１７（層厚２μ
ｍ）を選択成長する。
長領域２の幅を６μｍに広げ、成長阻止マスク１３のマ
スク幅を全領域で２μｍになるように再度形成し、この
マスクを用いてｐ−ＩｎＰ埋め込み層１７（層厚２μ
ｍ）を選択成長する。
【００３２】その後、ＳｉＯ2膜１８を形成し、電流を
注入する活性領域にのみＳｉＯ2膜１８に窓を開けた
後、上部電極１９，下部電極２０を通常のスパッタ法等
により形成する。受動領域は、光導波路厚が光出力端に
向かってテーパー状に薄くなるため、光のスポットサイ
ズ変換器として機能する。
注入する活性領域にのみＳｉＯ2膜１８に窓を開けた
後、上部電極１９，下部電極２０を通常のスパッタ法等
により形成する。受動領域は、光導波路厚が光出力端に
向かってテーパー状に薄くなるため、光のスポットサイ
ズ変換器として機能する。
【００３３】こうして作製した素子長６００μｍの集積
化光源（活性領域２００μｍ，スポットサイズ変換器部
４００ｎｍ）は、従来の一定の成長時間で成長したＭＱ
Ｗ構造を有するレーザに比べ、レーザ特性が、発振しき
い値電流で従来の１／２，効率は１．３倍になり、従
来、端面に、前方低反射率，後方高反射率のコーティン
グを施した状態で室温２５℃で片側光出力６０ｍＷ程度
で光出力の飽和が生じていたものが、光出力１００ｍＷ
まで出力飽和のない特性を達成することができた。
化光源（活性領域２００μｍ，スポットサイズ変換器部
４００ｎｍ）は、従来の一定の成長時間で成長したＭＱ
Ｗ構造を有するレーザに比べ、レーザ特性が、発振しき
い値電流で従来の１／２，効率は１．３倍になり、従
来、端面に、前方低反射率，後方高反射率のコーティン
グを施した状態で室温２５℃で片側光出力６０ｍＷ程度
で光出力の飽和が生じていたものが、光出力１００ｍＷ
まで出力飽和のない特性を達成することができた。
【００３４】（実施形態３）図５（ａ）は、本発明を面
発光レーザに適用した場合を示す断面斜視図である。
発光レーザに適用した場合を示す断面斜視図である。
【００３５】図５（ａ）において、まずｎ−ＧａＡｓ基
板２１上に、図５（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2成長阻
止マスク１３を、内径（開口部：成長領域）が５μｍ，
外形が２０μｍとなるように形成する。
板２１上に、図５（ｂ）に示すように、ＳｉＯ2成長阻
止マスク１３を、内径（開口部：成長領域）が５μｍ，
外形が２０μｍとなるように形成する。
【００３６】次に、このマスク１３が形成された基板上
に、ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲ構造２２，層厚２
４０ｎｍのＧａＡｓＰ光閉じ込め層２３，ＩｎＧａＡｓ
（層厚８ｎｍ）／ＧａＡｓ（層厚１２ｎｍ）の３層ＭＱ
Ｗ層２４，層厚２４０ｎｍのＧａＡｓ光閉じ込め層２
３，ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲ構造２５を選択成
長によって形成する。このとき、基板の垂直方向位置に
対するＧａＡｓ，ＡｌＡｓ等混晶の成長レート変化率を
考慮した、本発明の成長時間変調を取り入れることで、
ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲ構造２２の各周期，３
層ＭＱＷ層２４の各量子井戸の層厚，ｐ−ＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡｓのＤＢＲ構造２５の各周期を一致させる。
に、ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲ構造２２，層厚２
４０ｎｍのＧａＡｓＰ光閉じ込め層２３，ＩｎＧａＡｓ
（層厚８ｎｍ）／ＧａＡｓ（層厚１２ｎｍ）の３層ＭＱ
Ｗ層２４，層厚２４０ｎｍのＧａＡｓ光閉じ込め層２
３，ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲ構造２５を選択成
長によって形成する。このとき、基板の垂直方向位置に
対するＧａＡｓ，ＡｌＡｓ等混晶の成長レート変化率を
考慮した、本発明の成長時間変調を取り入れることで、
ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓのＤＢＲ構造２２の各周期，３
層ＭＱＷ層２４の各量子井戸の層厚，ｐ−ＡｌＡｓ／Ｇ
ａＡｓのＤＢＲ構造２５の各周期を一致させる。
【００３７】次に、ポリイミド２６等で共振器の周りを
埋め込み、電流注入のための窓を形成した後、上部電極
１９，下部電極２０を通常のスパッタ法等により形成し
て、面発光レーザを得ることができた。こうして作製し
た共振器長５μｍの面発光レーザは、レーザ特性が、発
振しきい値電流で従来の１／４，効率は１．５倍になっ
た。
埋め込み、電流注入のための窓を形成した後、上部電極
１９，下部電極２０を通常のスパッタ法等により形成し
て、面発光レーザを得ることができた。こうして作製し
た共振器長５μｍの面発光レーザは、レーザ特性が、発
振しきい値電流で従来の１／４，効率は１．５倍になっ
た。
【００３８】本発明は、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系以外
の材料、例えばＩｎＧａＡｓＮ／ＧａＡｓ系，Ａｌ系等
の材料を用いた選択成長においても有効である。
の材料、例えばＩｎＧａＡｓＮ／ＧａＡｓ系，Ａｌ系等
の材料を用いた選択成長においても有効である。
【００３９】本発明は、２層以上の多重量子井戸を有す
るすべての半導体デバイスにおいても有効である。尚、
本発明の実施形態では、成長領域の幅が１．５μｍのス
トライプ、及び直径５μｍの円領域への選択成長につい
て述べたが、成長領域の幅、及び径が更に大きな場合で
も、本発明は有効である。但し、成長領域の幅、及び径
が１０μｍを越えると、従来技術の問題である井戸層の
ばらつきは軽減されていくため、本発明は選択成長領域
幅、又は径が１０μｍ以下のときに、特に有効である。
るすべての半導体デバイスにおいても有効である。尚、
本発明の実施形態では、成長領域の幅が１．５μｍのス
トライプ、及び直径５μｍの円領域への選択成長につい
て述べたが、成長領域の幅、及び径が更に大きな場合で
も、本発明は有効である。但し、成長領域の幅、及び径
が１０μｍを越えると、従来技術の問題である井戸層の
ばらつきは軽減されていくため、本発明は選択成長領域
幅、又は径が１０μｍ以下のときに、特に有効である。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、選
択成長により、多重量子井戸を作製する場合、すべての
量子井戸層のＰＬピーク波長を一致させることができる
ため、利得を必要とするような半導体デバイス、例え
ば、半導体レーザ，半導体光増幅器，光変調器等を作製
する上で非常に有望である。
択成長により、多重量子井戸を作製する場合、すべての
量子井戸層のＰＬピーク波長を一致させることができる
ため、利得を必要とするような半導体デバイス、例え
ば、半導体レーザ，半導体光増幅器，光変調器等を作製
する上で非常に有望である。
【００４１】また、多重共振器を選択成長で形成するよ
うな場合にも、共振器の周期をすべて一致させることが
できるため、回折効率の高い共振器を実現できるという
利点も有する。
うな場合にも、共振器の周期をすべて一致させることが
できるため、回折効率の高い共振器を実現できるという
利点も有する。
【図１】本発明の作用を説明するための図である。
【図２】本発明の作用を説明するための図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施形態１を説明するため
の断面斜視図、（ｂ）はマスクを示す平面図である。
の断面斜視図、（ｂ）はマスクを示す平面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の実施形態２を説明するため
の断面斜視図、（ｂ）はマスクを示す平面図である。
の断面斜視図、（ｂ）はマスクを示す平面図である。
【図５】（ａ）は、本発明の実施形態３を説明するため
の斜視図、（ｂ）はマスクを示す平面図である。
の斜視図、（ｂ）はマスクを示す平面図である。
【図６】従来の技術を説明するための図である。
１ ＩｎＰ半導体基板 ２ 成長領域 ３ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ層 ４ ｎ−ＩｎＰ層 ５ 誘電体マスク ６ ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸層 １１ ｎ−ＩｎＰ半導体基板 １２ 回折格子 １３ ＳｉＯ2マスク １４ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層 １５ ｉ−ＩｎＧａＡｓＰ光閉じ込め層 １６ ｐ−ＩｎＰクラッド層 １７ ｐ−ＩｎＰ埋込み層 １８ ＳｉＯ2薄膜 １９ 上部電極 ２０ 下部電極 ２１ ｎ−ＧａＡｓ基板 ２２ ｎ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲＲ ２３ ＧａＡｓ光閉じ込め層 ２４ ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ多重量子井戸 ２５ ｐ−ＡｌＡｓ／ＧａＡｓＤＢＲ ２６ ポリイミド
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板上に形成されたストライプ状
誘電体薄膜に挾まれた光導波路領域へ、半導体多重量子
井戸構造を選択的に結晶成長する工程を含む半導体光素
子の製造方法であって、 前記多重量子井戸構造を成長する際、各量子井戸層の成
長時間を異ならせることを特徴とする半導体光素子の製
造方法。 - 【請求項２】 半導体基板上に形成されたストライプ状
誘電体薄膜に挾まれた光導波路領域へ、半導体多重量子
井戸構造を選択的に結晶成長する工程を含む半導体光素
子の製造方法であって、 前記多重量子井戸構造を成長する際、各量子井戸層の原
料ガス流量を異ならせることを特徴とする半導体光素子
の製造方法。 - 【請求項３】 光導波路領域幅が１０μｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体光素子の
製造方法。 - 【請求項４】 各量子井戸層の成長時間は、半導体基板
に最も近い最下層が最も長く、上層になるに従って短く
なることを特徴とする請求項１に記載の半導体光素子の
製造方法。 - 【請求項５】 各量子井戸層の原料ガス流量は、半導体
基板に最も近い最下層が最も多く、上層になるに従っ
て、少なくなることを特徴とする請求項２に記載の半導
体光素子の製造方法。 - 【請求項６】 半導体基板がＩｎＰであり、結晶成長時
に用いるＩＩＩ族原料種が、Ｇａ，Ｉｎ、またはＡｌを
含む有機金属であり、Ｖ族原料種が、Ａｓ，Ｐ、または
Ｎを含んでいることを特徴とする請求項１，２，３，４
又は５に記載の半導体光素子の製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14729896A JP2917913B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | 半導体光素子の製造方法 |
| US08/869,443 US5888840A (en) | 1996-06-10 | 1997-06-05 | Process of growing multiple quantum well structure for adjusting photoluminescence peak wavelengths to target value |
| EP97304030A EP0813252A1 (en) | 1996-06-10 | 1997-06-10 | Method of manufacturing a multiple layer semiconductor structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14729896A JP2917913B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | 半導体光素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09331106A true JPH09331106A (ja) | 1997-12-22 |
| JP2917913B2 JP2917913B2 (ja) | 1999-07-12 |
Family
ID=15427045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14729896A Expired - Lifetime JP2917913B2 (ja) | 1996-06-10 | 1996-06-10 | 半導体光素子の製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5888840A (ja) |
| EP (1) | EP0813252A1 (ja) |
| JP (1) | JP2917913B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016069660A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法、及び半導体製造装置 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4117854B2 (ja) * | 1997-06-20 | 2008-07-16 | シャープ株式会社 | 導波路型光集積回路素子及びその製造方法 |
| US6252287B1 (en) | 1999-05-19 | 2001-06-26 | Sandia Corporation | InGaAsN/GaAs heterojunction for multi-junction solar cells |
| US6363188B1 (en) * | 1999-10-22 | 2002-03-26 | Princeton Lightwave, Inc. | Mode expander with co-directional grating |
| WO2002067334A1 (en) * | 2001-02-20 | 2002-08-29 | University Of Maryland, Baltimore County | Multiple quantum well broad spectrum gain medium and method for forming same |
| US6756325B2 (en) * | 2002-05-07 | 2004-06-29 | Agilent Technologies, Inc. | Method for producing a long wavelength indium gallium arsenide nitride(InGaAsN) active region |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6197189A (ja) * | 1984-10-16 | 1986-05-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 液相成長方法 |
| US5276698A (en) * | 1990-09-20 | 1994-01-04 | Sumitomo Electric Ind., Ltd. | Semiconductor laser having an optical waveguide layer including an AlGaInP active layer |
| US5173336A (en) * | 1991-01-22 | 1992-12-22 | Santa Barbara Research Center | Metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) reactor with recirculation suppressing flow guide |
| GB2263814B (en) * | 1992-01-17 | 1996-01-10 | Northern Telecom Ltd | Semiconductor mixed crystal quantum well device manufacture |
| EP0558089B1 (en) * | 1992-02-28 | 2002-06-05 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical integrated device and method of manufacture thereof, and light receiver using said device |
| BE1006865A6 (nl) * | 1992-04-29 | 1995-01-10 | Imec Inter Uni Micro Electr | Werkwijze voor het fabriceren van opto-electronische componenten. |
| JP2682421B2 (ja) * | 1993-12-28 | 1997-11-26 | 日本電気株式会社 | 半導体光集積回路の製造方法 |
| JP2937751B2 (ja) * | 1994-04-28 | 1999-08-23 | 日本電気株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
| JPH0878340A (ja) * | 1994-09-06 | 1996-03-22 | Olympus Optical Co Ltd | 流速分布制御装置 |
-
1996
- 1996-06-10 JP JP14729896A patent/JP2917913B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1997
- 1997-06-05 US US08/869,443 patent/US5888840A/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-06-10 EP EP97304030A patent/EP0813252A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016069660A (ja) * | 2014-09-26 | 2016-05-09 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法、及び半導体製造装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2917913B2 (ja) | 1999-07-12 |
| EP0813252A1 (en) | 1997-12-17 |
| US5888840A (en) | 1999-03-30 |
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