JPH104241A - 面型半導体光デバイス及びその作製方法 - Google Patents
面型半導体光デバイス及びその作製方法Info
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- JPH104241A JPH104241A JP17703296A JP17703296A JPH104241A JP H104241 A JPH104241 A JP H104241A JP 17703296 A JP17703296 A JP 17703296A JP 17703296 A JP17703296 A JP 17703296A JP H104241 A JPH104241 A JP H104241A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低いしきい値電流及び高い温度で安定して動
作し、しかも良好な光学特性を有する面型半導体光デバ
イスを提供することである。 【解決手段】 本レーザダイオード１０は、第１反射鏡
部を備えた第１ブロック１２と、第２反射鏡部と活性層
と第３反射鏡部とを備え、第１ブロック１２に接着され
た第２ブロック１４とから構成されている。第１ブロッ
クは、Ｇa Ａs 基板１６上にＧa Ａs 層１８ａとＡｌＡ
ｓ層１８ｂとを交互に積層させた第１反射鏡部１８と、
下部電極２０とからなる。第２ブロックは、Ｓｉ／Ｓｉ
Ｏ2 層の第３反射鏡部２２と、上部電極２４、Ｇa Ｉｎ
ＡｓＰエッチング停止層２６、ＩｎＰクラッド層２８、
多重量子井戸活性層３０、３層のＩｎＰ層３２ａとその
間に介在する２層のＧa ＩｎＡｓＰ層３２ｂとからなる
第２反射鏡部３２とを備えている。第１ブロックと第２
ブロックとは、Ｇa Ａs 層１８ａとＩｎＰ層３２ａとの
間で異種材料直接接着技術により接着されている。接着
界面は、第２反射鏡部と第３反射鏡部との間でも良い。
作し、しかも良好な光学特性を有する面型半導体光デバ
イスを提供することである。 【解決手段】 本レーザダイオード１０は、第１反射鏡
部を備えた第１ブロック１２と、第２反射鏡部と活性層
と第３反射鏡部とを備え、第１ブロック１２に接着され
た第２ブロック１４とから構成されている。第１ブロッ
クは、Ｇa Ａs 基板１６上にＧa Ａs 層１８ａとＡｌＡ
ｓ層１８ｂとを交互に積層させた第１反射鏡部１８と、
下部電極２０とからなる。第２ブロックは、Ｓｉ／Ｓｉ
Ｏ2 層の第３反射鏡部２２と、上部電極２４、Ｇa Ｉｎ
ＡｓＰエッチング停止層２６、ＩｎＰクラッド層２８、
多重量子井戸活性層３０、３層のＩｎＰ層３２ａとその
間に介在する２層のＧa ＩｎＡｓＰ層３２ｂとからなる
第２反射鏡部３２とを備えている。第１ブロックと第２
ブロックとは、Ｇa Ａs 層１８ａとＩｎＰ層３２ａとの
間で異種材料直接接着技術により接着されている。接着
界面は、第２反射鏡部と第３反射鏡部との間でも良い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、面型半導体光デバ
イス及びその作製方法に関し、更に詳細には、光通信の
広い分野、特に光インターコネクションの領域で好適に
適用できるように、しきい値電流が低く、高い温度でも
安定して動作するように改良した面型半導体光デバイス
及びその作製方法に関するものである。
イス及びその作製方法に関し、更に詳細には、光通信の
広い分野、特に光インターコネクションの領域で好適に
適用できるように、しきい値電流が低く、高い温度でも
安定して動作するように改良した面型半導体光デバイス
及びその作製方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】面発光型半導体レーザダイオードは、基
板に垂直方向に光を取り出す構造を備えた面型半導体光
デバイスであって、光送信器又は光増幅器として光ファ
イバ通信の分野で盛んに利用されている。光ファイバ通
信では、面発光型半導体レーザダイオードに印加する順
方向バイアス電流を信号に応じて変化させて、その出力
を直接変調し、強度変調された光ビームを光ファイバに
伝送し、受光側のホトダイオードＰＤ、或いはなだれホ
トダイオードＡＰＤにより検波し、入射光強度に比例し
た電圧を信号として取り出している。
板に垂直方向に光を取り出す構造を備えた面型半導体光
デバイスであって、光送信器又は光増幅器として光ファ
イバ通信の分野で盛んに利用されている。光ファイバ通
信では、面発光型半導体レーザダイオードに印加する順
方向バイアス電流を信号に応じて変化させて、その出力
を直接変調し、強度変調された光ビームを光ファイバに
伝送し、受光側のホトダイオードＰＤ、或いはなだれホ
トダイオードＡＰＤにより検波し、入射光強度に比例し
た電圧を信号として取り出している。
【０００３】面発光型半導体レーザダイオードを従来の
適用範囲より更に多様で広い範囲で使用できるようにす
るためには、第１には、面発光型半導体レーザダイオー
ドの共振器の活性層を挟む反射鏡の実効反射率を向上さ
せて、しきい値電流を低減させることが必要であり、第
２には、面型半導体光デバイスの熱放散特性を向上さ
せ、高い動作温度で安定して動作させることが必要であ
る。そのために、実効反射率及び熱放散特性の向上を図
る研究が盛んに行われている。例えば、垂直共振器型の
面発光型半導体レーザダイオードの反射鏡として異種材
料直接接着技術を用いた半導体多層膜反射鏡を導入する
ことにより、実効反射率と熱放散特性を向上させた研究
例が報告されている。
適用範囲より更に多様で広い範囲で使用できるようにす
るためには、第１には、面発光型半導体レーザダイオー
ドの共振器の活性層を挟む反射鏡の実効反射率を向上さ
せて、しきい値電流を低減させることが必要であり、第
２には、面型半導体光デバイスの熱放散特性を向上さ
せ、高い動作温度で安定して動作させることが必要であ
る。そのために、実効反射率及び熱放散特性の向上を図
る研究が盛んに行われている。例えば、垂直共振器型の
面発光型半導体レーザダイオードの反射鏡として異種材
料直接接着技術を用いた半導体多層膜反射鏡を導入する
ことにより、実効反射率と熱放散特性を向上させた研究
例が報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の研究例
では、格子定数の異なる材料を直接接着した多層膜を反
射鏡として構成しているために、多層膜を活性層に近接
させると、多層膜の接着界面付近で発生している格子欠
陥や歪みが活性層に影響を及ぼし、活性層の光学特性を
著しく劣化させる。そのため、上述の研究例では、接着
界面を活性層から十分離れた所に設けている。その結
果、活性層と半導体多層膜反射鏡の間の層での光吸収に
より、反射鏡の実効反射率が低下するという問題があっ
た。また、発光領域の面積を微小にした場合、回折損失
が増加し、同様に実効反射率が低下するという問題があ
った。これでは、半導体多層膜からなる反射鏡を活性層
にできるだけ近づけ、実効反射率を高くしてしきい値電
流を低減させ、熱放散性を効果的にして動作温度の上限
を高くすると言う要求を満足できない。以上は、面発光
型半導体レーザダイオードを例にして従来の技術問題を
説明したが、これは、基板に対して垂直に光を入射又は
出射する、他の面型半導体光デバイスについても同様で
ある。
では、格子定数の異なる材料を直接接着した多層膜を反
射鏡として構成しているために、多層膜を活性層に近接
させると、多層膜の接着界面付近で発生している格子欠
陥や歪みが活性層に影響を及ぼし、活性層の光学特性を
著しく劣化させる。そのため、上述の研究例では、接着
界面を活性層から十分離れた所に設けている。その結
果、活性層と半導体多層膜反射鏡の間の層での光吸収に
より、反射鏡の実効反射率が低下するという問題があっ
た。また、発光領域の面積を微小にした場合、回折損失
が増加し、同様に実効反射率が低下するという問題があ
った。これでは、半導体多層膜からなる反射鏡を活性層
にできるだけ近づけ、実効反射率を高くしてしきい値電
流を低減させ、熱放散性を効果的にして動作温度の上限
を高くすると言う要求を満足できない。以上は、面発光
型半導体レーザダイオードを例にして従来の技術問題を
説明したが、これは、基板に対して垂直に光を入射又は
出射する、他の面型半導体光デバイスについても同様で
ある。
【０００５】そこで、本発明の目的は、低いしきい値電
流及び高い温度で安定して動作し、しかも良好な光学特
性を有する面型半導体光デバイスを提供することであ
る。
流及び高い温度で安定して動作し、しかも良好な光学特
性を有する面型半導体光デバイスを提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る面型半導体光デバイス（以下、第１発
明と言う）は、基板に対して垂直に光を入射又は出射す
る面型半導体光デバイスであって、第１の多層膜半導体
を基板上に有する第１のブロックと、少なくとも活性層
と、活性層の下側に設けられた第２の多層膜半導体とを
有する第２のブロックとを備え、第２のブロックは、第
１のブロックの第１の多層膜半導体と第２のブロックの
第２の多層膜半導体とを界面として第１のブロックの上
に異種材料直接接着技術により接着されていることを特
徴としている。
に、本発明に係る面型半導体光デバイス（以下、第１発
明と言う）は、基板に対して垂直に光を入射又は出射す
る面型半導体光デバイスであって、第１の多層膜半導体
を基板上に有する第１のブロックと、少なくとも活性層
と、活性層の下側に設けられた第２の多層膜半導体とを
有する第２のブロックとを備え、第２のブロックは、第
１のブロックの第１の多層膜半導体と第２のブロックの
第２の多層膜半導体とを界面として第１のブロックの上
に異種材料直接接着技術により接着されていることを特
徴としている。
【０００７】本発明の面型半導体光デバイスは、基板、
化合物半導体の種類にかかわらず、適用できる。第１発
明では、活性層と第１の多層膜半導体との間に第２の多
層膜半導体を介在させることにより、第１の多層膜半導
体と第２の多層膜半導体との接着界面が活性層から離れ
るので、活性層の光学的特性を維持でき、かつ第２多層
膜を介在させることにより共振器の実効反射率の低下を
抑制できる。
化合物半導体の種類にかかわらず、適用できる。第１発
明では、活性層と第１の多層膜半導体との間に第２の多
層膜半導体を介在させることにより、第１の多層膜半導
体と第２の多層膜半導体との接着界面が活性層から離れ
るので、活性層の光学的特性を維持でき、かつ第２多層
膜を介在させることにより共振器の実効反射率の低下を
抑制できる。
【０００８】第１発明の好適は実施態様は、第１の多層
膜半導体及び第２の多層膜半導体の双方が、上記活性層
と一対の反射鏡からなる共振器の一方の反射鏡を構成
し、更に、第３の多層膜半導体を共振器の他方の反射鏡
として第２のブロックの活性層上に備え、面発光型半導
体レーザダイオードとして機能することを特徴としてい
る。更に、好適な実施態様は、第１の多層膜半導体及び
第２の多層膜半導体の双方が、屈折率ｎの相互に異なる
２種類の化合物半導体層をそれぞれ光学的厚さλ／４ｎ
で交互にエピタキシャル成長させてなる積層構造である
ことを特徴としている。
膜半導体及び第２の多層膜半導体の双方が、上記活性層
と一対の反射鏡からなる共振器の一方の反射鏡を構成
し、更に、第３の多層膜半導体を共振器の他方の反射鏡
として第２のブロックの活性層上に備え、面発光型半導
体レーザダイオードとして機能することを特徴としてい
る。更に、好適な実施態様は、第１の多層膜半導体及び
第２の多層膜半導体の双方が、屈折率ｎの相互に異なる
２種類の化合物半導体層をそれぞれ光学的厚さλ／４ｎ
で交互にエピタキシャル成長させてなる積層構造である
ことを特徴としている。
【０００９】第１の発明に係る面型半導体光デバイスで
は、第１のブロックと第２のブロックとが、基板と活性
層との間に介在する第１の多層膜半導体の面と、第２の
多層膜半導体の面とを界面として接着されているが、本
発明に係る別の面型半導体光デバイス（以下、第２発明
と言う）では、第１のブロックと第２のブロックとが、
基板、第１の多層膜半導体、活性層、第２の多層膜半導
体を有する第１のブロックの第２の多層膜半導体の面
と、第２のブロックの第３の多層膜半導体の面とを界面
として接着されている。即ち、第２発明の面型半導体光
デバイスは、基板に対して垂直に光を入射又は出射する
面型半導体光デバイスであって、第１の多層膜半導体、
活性層及び第２の多層膜半導体を、順次、基板上に有す
る第１のブロックと、少なくとも第３の多層膜半導体を
有する第２のブロックとを備え、第２のブロックは、第
１のブロックの第２の多層膜半導体と第２のブロックの
第３多層膜半導体とを界面として第１のブロックの上に
異種材料直接接着技術により接着されていることを特徴
としている。
は、第１のブロックと第２のブロックとが、基板と活性
層との間に介在する第１の多層膜半導体の面と、第２の
多層膜半導体の面とを界面として接着されているが、本
発明に係る別の面型半導体光デバイス（以下、第２発明
と言う）では、第１のブロックと第２のブロックとが、
基板、第１の多層膜半導体、活性層、第２の多層膜半導
体を有する第１のブロックの第２の多層膜半導体の面
と、第２のブロックの第３の多層膜半導体の面とを界面
として接着されている。即ち、第２発明の面型半導体光
デバイスは、基板に対して垂直に光を入射又は出射する
面型半導体光デバイスであって、第１の多層膜半導体、
活性層及び第２の多層膜半導体を、順次、基板上に有す
る第１のブロックと、少なくとも第３の多層膜半導体を
有する第２のブロックとを備え、第２のブロックは、第
１のブロックの第２の多層膜半導体と第２のブロックの
第３多層膜半導体とを界面として第１のブロックの上に
異種材料直接接着技術により接着されていることを特徴
としている。
【００１０】第２発明では、活性層と第３の多層膜半導
体との間に第２の多層膜半導体を介在させることによ
り、第２の多層膜半導体と第３の多層膜半導体との接着
界面が活性層から離れるので、活性層の光学的特性を維
持でき、かつ第２多層膜を介在させることにより共振器
の実効反射率の低下を抑制できる。
体との間に第２の多層膜半導体を介在させることによ
り、第２の多層膜半導体と第３の多層膜半導体との接着
界面が活性層から離れるので、活性層の光学的特性を維
持でき、かつ第２多層膜を介在させることにより共振器
の実効反射率の低下を抑制できる。
【００１１】第２発明の好適は実施態様は、第１の多層
膜半導体、活性層、第２の多層膜半導体及び第３の多層
膜半導体が、活性層と一対の反射鏡からなる共振器を構
成し、面発光型半導体レーザダイオードとして機能する
ことを特徴としている。更に、好適な実施態様は、第２
の多層膜半導体及び第３の多層膜半導体の双方が、屈折
率ｎの相互に異なる２種類の化合物半導体層をそれぞれ
光学的厚さλ／４ｎで交互にエピタキシャル成長させて
なる積層構造であることを特徴としている。
膜半導体、活性層、第２の多層膜半導体及び第３の多層
膜半導体が、活性層と一対の反射鏡からなる共振器を構
成し、面発光型半導体レーザダイオードとして機能する
ことを特徴としている。更に、好適な実施態様は、第２
の多層膜半導体及び第３の多層膜半導体の双方が、屈折
率ｎの相互に異なる２種類の化合物半導体層をそれぞれ
光学的厚さλ／４ｎで交互にエピタキシャル成長させて
なる積層構造であることを特徴としている。
【００１２】第１発明及び第２発明の多層膜半導体の構
成は、特に限定はなく、相互に組成又は屈折率の異なる
２種類の化合物半導体、例えばＡｌＡｓ層とＧa Ａs 層
とを交互に積層した多層膜、また、相互に組成又は屈折
率の異なる２種類の化合物半導体の間に中間層を介在さ
せた多層膜、例えばＡｌＡｓ層とＧa Ａs 層との間にＡ
ｌＧa Ａｓ層を介在させた多層膜、更には、相互に組成
又は屈折率の異なる２種類の化合物半導体の間に超格子
層を介在させた多層膜、例えばＡｌＡｓ層とＧa Ａs 層
との間にＧa Ａs ／ＡｌＡｓ超格子層を介在させた多層
膜を使用することができる。
成は、特に限定はなく、相互に組成又は屈折率の異なる
２種類の化合物半導体、例えばＡｌＡｓ層とＧa Ａs 層
とを交互に積層した多層膜、また、相互に組成又は屈折
率の異なる２種類の化合物半導体の間に中間層を介在さ
せた多層膜、例えばＡｌＡｓ層とＧa Ａs 層との間にＡ
ｌＧa Ａｓ層を介在させた多層膜、更には、相互に組成
又は屈折率の異なる２種類の化合物半導体の間に超格子
層を介在させた多層膜、例えばＡｌＡｓ層とＧa Ａs 層
との間にＧa Ａs ／ＡｌＡｓ超格子層を介在させた多層
膜を使用することができる。
【００１３】本発明に係る面型半導体光デバイスの作製
方法は、基板に対して垂直に光を入射又は出射する面型
半導体光デバイスの作製方法であって、第１の多層膜半
導体を基板上にエピタキシャル成長させて、第１のウエ
ハを得る第１エピタキシャル成長工程と、半導体層と、
活性層と、エピタキシャル成長させてなる第２の多層膜
半導体とを別の基板上に、順次、形成して、第２のウエ
ハを得る第２エピタキシャル成長工程と、第１の多層膜
半導体の面と第２の多層膜半導体の面とを界面として、
第１のウエハと第２のウエハとを一体的に異種材料直接
接着技術により接着する工程と、第１のウエハ又は第２
のウエハにエッチングを施して一方の基板をエッチング
する工程とを備えることを特徴としている。エピタキシ
ャル成長させる方法は、特に限定はなく、例えばＭＯＣ
ＶＤ法等を使用できる。第２エピタキシャル成長工程で
活性層と別の基板との間に形成する半導体層は、特に限
定はなく、例えば、エッチング停止層として機能する半
導体層、反射鏡として機能する多層膜半導体等である。
方法は、基板に対して垂直に光を入射又は出射する面型
半導体光デバイスの作製方法であって、第１の多層膜半
導体を基板上にエピタキシャル成長させて、第１のウエ
ハを得る第１エピタキシャル成長工程と、半導体層と、
活性層と、エピタキシャル成長させてなる第２の多層膜
半導体とを別の基板上に、順次、形成して、第２のウエ
ハを得る第２エピタキシャル成長工程と、第１の多層膜
半導体の面と第２の多層膜半導体の面とを界面として、
第１のウエハと第２のウエハとを一体的に異種材料直接
接着技術により接着する工程と、第１のウエハ又は第２
のウエハにエッチングを施して一方の基板をエッチング
する工程とを備えることを特徴としている。エピタキシ
ャル成長させる方法は、特に限定はなく、例えばＭＯＣ
ＶＤ法等を使用できる。第２エピタキシャル成長工程で
活性層と別の基板との間に形成する半導体層は、特に限
定はなく、例えば、エッチング停止層として機能する半
導体層、反射鏡として機能する多層膜半導体等である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照し、実施例
に基づいて本発明をより詳細に説明する。面型半導体光デバイスの実施例１ 本実施例は、第１発明に係る面型半導体光デバイスを面
発光型半導体レーザダイオードに適用した実施例であっ
て、図１は実施例１の面発光型半導体レーザダイオード
の積層構造を示す断面図である。本実施例の面発光型半
導体レーザダイオード１０（以下、簡単にレーザダイオ
ード１０と言う）は、図１に示すように、第１反射鏡部
を備えた第１ブロック１２と、活性層と、活性層の下に
設けられた第２反射鏡部と、及び、活性層の上に設けら
れた第３反射鏡部とを備え、第１ブロック１２に接着さ
れた第２ブロック１４とから構成されている。
に基づいて本発明をより詳細に説明する。面型半導体光デバイスの実施例１ 本実施例は、第１発明に係る面型半導体光デバイスを面
発光型半導体レーザダイオードに適用した実施例であっ
て、図１は実施例１の面発光型半導体レーザダイオード
の積層構造を示す断面図である。本実施例の面発光型半
導体レーザダイオード１０（以下、簡単にレーザダイオ
ード１０と言う）は、図１に示すように、第１反射鏡部
を備えた第１ブロック１２と、活性層と、活性層の下に
設けられた第２反射鏡部と、及び、活性層の上に設けら
れた第３反射鏡部とを備え、第１ブロック１２に接着さ
れた第２ブロック１４とから構成されている。
【００１５】第１ブロック１２は、Ｇa Ａs からなる基
板１６上に形成された第１反射鏡部１８と、基板１６の
第１反射鏡部１８とは対向する面に設けられた下部電極
２０とから構成されている。第１反射鏡部１８は、層厚
λ（波長）／４ｎのＧa Ａs 層１８ａと同じく層厚λ
（波長）／４ｎのＡｌＡｓ層１８ｂとを交互に積層さ
せ、かつ最上層に層厚λ（波長）／４ｎのＧa Ａs 層１
８ａを有する。ｎは、各化合物半導体層の屈折率であっ
て、以下も、同様である。
板１６上に形成された第１反射鏡部１８と、基板１６の
第１反射鏡部１８とは対向する面に設けられた下部電極
２０とから構成されている。第１反射鏡部１８は、層厚
λ（波長）／４ｎのＧa Ａs 層１８ａと同じく層厚λ
（波長）／４ｎのＡｌＡｓ層１８ｂとを交互に積層さ
せ、かつ最上層に層厚λ（波長）／４ｎのＧa Ａs 層１
８ａを有する。ｎは、各化合物半導体層の屈折率であっ
て、以下も、同様である。
【００１６】第２ブロック１４は、第１ブロック１２と
対向する側に、Ｓｉ層とＳｉＯ2 層とを交互に積層させ
てなる第３反射鏡部２２と、第３反射鏡部２２の上面を
露出させるようにして、その周囲に被覆された上部電極
２４とを備え、上部電極２４の下にＧa ＩｎＡｓＰから
なるエッチング停止層２６、ＩｎＰからなるクラッド層
２８、波長１．３μｍで発光する多重量子井戸活性層３
０、及び第３反射鏡部３２を備えている。第３反射鏡部
３２は、層厚λ（波長）／４ｎのＩｎＰ層（ｎ＝３．２
１）３２ａと同じく層厚λ（波長）／４ｎのＧa ＩｎＡ
ｓＰ層（バンドギャップ波長１．２μｍ，ｎ＝３．４
２）３２ｂとを交互に積層させ、かつ最下層には層厚λ
（波長）／４ｎのＩｎＰ層３２ａ、即ち３層のＩｎＰ層
３２ａとその間に介在する２層のＧa ＩｎＡｓＰ層３２
ｂとから構成されている。
対向する側に、Ｓｉ層とＳｉＯ2 層とを交互に積層させ
てなる第３反射鏡部２２と、第３反射鏡部２２の上面を
露出させるようにして、その周囲に被覆された上部電極
２４とを備え、上部電極２４の下にＧa ＩｎＡｓＰから
なるエッチング停止層２６、ＩｎＰからなるクラッド層
２８、波長１．３μｍで発光する多重量子井戸活性層３
０、及び第３反射鏡部３２を備えている。第３反射鏡部
３２は、層厚λ（波長）／４ｎのＩｎＰ層（ｎ＝３．２
１）３２ａと同じく層厚λ（波長）／４ｎのＧa ＩｎＡ
ｓＰ層（バンドギャップ波長１．２μｍ，ｎ＝３．４
２）３２ｂとを交互に積層させ、かつ最下層には層厚λ
（波長）／４ｎのＩｎＰ層３２ａ、即ち３層のＩｎＰ層
３２ａとその間に介在する２層のＧa ＩｎＡｓＰ層３２
ｂとから構成されている。
【００１７】第１ブロック１２と第２ブロック１４と
は、第１ブロック１２の第１反射鏡部１８の最上層であ
るＧa Ａs 層１８ａと、第２ブロック１４の第２反射鏡
部３２の最下層であるＩｎＰ層３２ａとの間で熱的接着
法を利用した異種材料直接接着技術により、接着剤によ
ることなく接着されている。
は、第１ブロック１２の第１反射鏡部１８の最上層であ
るＧa Ａs 層１８ａと、第２ブロック１４の第２反射鏡
部３２の最下層であるＩｎＰ層３２ａとの間で熱的接着
法を利用した異種材料直接接着技術により、接着剤によ
ることなく接着されている。
【００１８】本実施例のレーザダイオード１０では、活
性層３０と接触界面との間にエピタキシャル成長させた
第２反射鏡部３２が介在するので、第１反射鏡部１８と
第２反射鏡部３２との接着界面の格子欠陥及び歪みの影
響が活性層３０には及ばないし、また第２反射鏡部３２
の存在により共振器の実効反射率が向上する。本実施例
では、実効反射率が改善されたために、第２反射鏡部３
２が無い従来の面発光型半導体レーザダイオードのしき
い値電流密度、３ｋＡ／ｃｍ2 に比べて、その約半分の
しきい値電流密度、１．５ｋＡ／ｃｍ2 でレーザ発振が
可能になった。
性層３０と接触界面との間にエピタキシャル成長させた
第２反射鏡部３２が介在するので、第１反射鏡部１８と
第２反射鏡部３２との接着界面の格子欠陥及び歪みの影
響が活性層３０には及ばないし、また第２反射鏡部３２
の存在により共振器の実効反射率が向上する。本実施例
では、実効反射率が改善されたために、第２反射鏡部３
２が無い従来の面発光型半導体レーザダイオードのしき
い値電流密度、３ｋＡ／ｃｍ2 に比べて、その約半分の
しきい値電流密度、１．５ｋＡ／ｃｍ2 でレーザ発振が
可能になった。
【００１９】実施例１の改変例１ 実施例１の第１反射鏡部１８は、図２（ａ）に示すよう
に、層厚λ（波長）／４ｎのＧa Ａs 層１８ａと同じく
層厚λ（波長）／４ｎのＡｌＡｓ層１８ｂとを交互に積
層させた化合物半導体層から構成されている。本改変例
では、第１反射鏡部が、ＡｌＡｓ層とＧa Ａs 層との間
に中間層のＡｌＧa Ａｓ層を中間層を介在させた多層膜
として、例えば、図２（ｂ）に示すように、ＡｌＡｓ層
１８ｃ、ＡｌＧa Ａｓ層１８ｄ、Ｇa Ａs 層１８ｅ及び
ＡｌＧa Ａｓ層１８ｆの４層構造で、全体の膜厚がλ
（波長）／２ｎになるように構成されている。このよう
な構成は、第２反射鏡部についても同様に適用できる。
に、層厚λ（波長）／４ｎのＧa Ａs 層１８ａと同じく
層厚λ（波長）／４ｎのＡｌＡｓ層１８ｂとを交互に積
層させた化合物半導体層から構成されている。本改変例
では、第１反射鏡部が、ＡｌＡｓ層とＧa Ａs 層との間
に中間層のＡｌＧa Ａｓ層を中間層を介在させた多層膜
として、例えば、図２（ｂ）に示すように、ＡｌＡｓ層
１８ｃ、ＡｌＧa Ａｓ層１８ｄ、Ｇa Ａs 層１８ｅ及び
ＡｌＧa Ａｓ層１８ｆの４層構造で、全体の膜厚がλ
（波長）／２ｎになるように構成されている。このよう
な構成は、第２反射鏡部についても同様に適用できる。
【００２０】実施例１の改変例２ 本改変例では、第１反射鏡部１８が、ＡｌＡｓ層とＧa
Ａs 層との間にＧa Ａs ／ＡｌＡｓ超格子層を介在させ
た多層膜として、例えば、図２（ｃ）に示すように、Ａ
ｌＡｓ層１８ｇ、Ｇa Ａｓ／ＡｌＡｓ超格子層１８ｈ、
Ｇa Ａs 層１８ｉ及びＧa Ａｓ／ＡｌＡｓ超格子層１８
ｌの４層構造で、全体の膜厚がλ（波長）／２ｎになる
ように構成されている。このような構成は、第２反射鏡
部についても同様に適用できる。
Ａs 層との間にＧa Ａs ／ＡｌＡｓ超格子層を介在させ
た多層膜として、例えば、図２（ｃ）に示すように、Ａ
ｌＡｓ層１８ｇ、Ｇa Ａｓ／ＡｌＡｓ超格子層１８ｈ、
Ｇa Ａs 層１８ｉ及びＧa Ａｓ／ＡｌＡｓ超格子層１８
ｌの４層構造で、全体の膜厚がλ（波長）／２ｎになる
ように構成されている。このような構成は、第２反射鏡
部についても同様に適用できる。
【００２１】面型半導体光デバイスの実施例２ 本実施例は、第２発明に係る面型半導体光デバイスを面
発光型半導体レーザダイオードに適用した実施例であっ
て、図３は実施例２の面発光型半導体レーザダイオード
の積層構造を示す断面図である。本実施例の面発光型半
導体レーザダイオード５０（以下、簡単にレーザダイオ
ード５０と言う）は、図３に示すように、第１反射鏡部
５２、活性層５４及び第２反射鏡部５６を、順次、Ｇa
Ａs からなる基板５８上に有する第１ブロック６０と、
第３反射鏡部６２を有し、第１のブロックに接着された
第２ブロック６４とから構成されている。第２ブロック
６４は、第１ブロック６０の第２反射鏡部５６の上面
と、第２ブロック６４の第３反射鏡部６２の下面とを界
面にして、熱的接着法を利用した異種材料直接接着技術
により、接着剤によることなく相互に接着されている。
発光型半導体レーザダイオードに適用した実施例であっ
て、図３は実施例２の面発光型半導体レーザダイオード
の積層構造を示す断面図である。本実施例の面発光型半
導体レーザダイオード５０（以下、簡単にレーザダイオ
ード５０と言う）は、図３に示すように、第１反射鏡部
５２、活性層５４及び第２反射鏡部５６を、順次、Ｇa
Ａs からなる基板５８上に有する第１ブロック６０と、
第３反射鏡部６２を有し、第１のブロックに接着された
第２ブロック６４とから構成されている。第２ブロック
６４は、第１ブロック６０の第２反射鏡部５６の上面
と、第２ブロック６４の第３反射鏡部６２の下面とを界
面にして、熱的接着法を利用した異種材料直接接着技術
により、接着剤によることなく相互に接着されている。
【００２２】第１ブロック６０は、第２反射鏡部５６と
は対向する面に、下部電極６６を備えている。第１反射
鏡部５２、活性層５４及び第２反射鏡部５６の各々の構
成は、それぞれ、実施例１の第１反射鏡部１８、活性層
３０及び第２反射鏡部３２の構成と同じである。第２ブ
ロック６４は、第３反射鏡部６２上に上部電極６８を備
えている。第３反射鏡部６２および上部電極６８の各々
の構成は、それぞれ、実施例１の第３反射鏡部２２及び
上部電極２４の構成と同じである。
は対向する面に、下部電極６６を備えている。第１反射
鏡部５２、活性層５４及び第２反射鏡部５６の各々の構
成は、それぞれ、実施例１の第１反射鏡部１８、活性層
３０及び第２反射鏡部３２の構成と同じである。第２ブ
ロック６４は、第３反射鏡部６２上に上部電極６８を備
えている。第３反射鏡部６２および上部電極６８の各々
の構成は、それぞれ、実施例１の第３反射鏡部２２及び
上部電極２４の構成と同じである。
【００２３】本実施例のレーザダイオード５０では、活
性層５４と接触界面との間にエピタキシャル成長させた
第２反射鏡部５６が介在するので、第２反射鏡部５６と
第３反射鏡部６２との接着界面の格子欠陥及び歪みの影
響が活性層５４には及ばないし、また第２反射鏡部５６
の存在により共振器の実効反射率が向上する。
性層５４と接触界面との間にエピタキシャル成長させた
第２反射鏡部５６が介在するので、第２反射鏡部５６と
第３反射鏡部６２との接着界面の格子欠陥及び歪みの影
響が活性層５４には及ばないし、また第２反射鏡部５６
の存在により共振器の実効反射率が向上する。
【００２４】面型半導体光デバイスの作製方法の実施例 本実施例は、実施例１のレーザダイオード１０の作製に
本発明方法を適用した例であって、図４及び図５は、そ
れぞれ本実施例方法の各工程毎の基板の層構造を示す断
面図である。レーザダイオード１０を作製するには、先
ず、第１ブロック１２を形成するためのウエハ４０と、
第２ブロック１４を形成するためのウエハ４２とを形成
する工程をそれぞれ実施する。
本発明方法を適用した例であって、図４及び図５は、そ
れぞれ本実施例方法の各工程毎の基板の層構造を示す断
面図である。レーザダイオード１０を作製するには、先
ず、第１ブロック１２を形成するためのウエハ４０と、
第２ブロック１４を形成するためのウエハ４２とを形成
する工程をそれぞれ実施する。
【００２５】ウエハ４０の形成工程では、図４（ａ）に
示すように、ＧａＡｓからなる基板１２上に、Ｇa Ａs
層１８ａとＡｌＡｓ層１８ｂとを交互にエピタキシャル
成長させ、更に、最上層にＧa Ａs 層１８ａをエピタキ
シャル成長させて、第１反射鏡部１８を形成する。ウエ
ハ４２の形成工程では、図４（ｂ）に示すように、Ｉｎ
Ｐからなる基板４４上に、順次、エッチング停止層２
６、クラッド層２８及び多重量子井戸活性層３０をエピ
タキシャル成長させ、続いてその上に、ＩｎＰ層３２ａ
とＧa ＩｎＡｓＰ層３２ｂとを交互にエピタキシャル成
長させ、更に、最上層にＩｎＰ層３２ａをエピタキシャ
ル成長させて、第２反射鏡部３２を形成する。
示すように、ＧａＡｓからなる基板１２上に、Ｇa Ａs
層１８ａとＡｌＡｓ層１８ｂとを交互にエピタキシャル
成長させ、更に、最上層にＧa Ａs 層１８ａをエピタキ
シャル成長させて、第１反射鏡部１８を形成する。ウエ
ハ４２の形成工程では、図４（ｂ）に示すように、Ｉｎ
Ｐからなる基板４４上に、順次、エッチング停止層２
６、クラッド層２８及び多重量子井戸活性層３０をエピ
タキシャル成長させ、続いてその上に、ＩｎＰ層３２ａ
とＧa ＩｎＡｓＰ層３２ｂとを交互にエピタキシャル成
長させ、更に、最上層にＩｎＰ層３２ａをエピタキシャ
ル成長させて、第２反射鏡部３２を形成する。
【００２６】次いで、図５（ａ）に示すように、ウエハ
４０とウエハ４２とを水素雰囲気中で約６００°C の温
度で約３０分間熱処理し、ウエハ４０の第１反射鏡部１
８のＧa Ａs 層１８ａとウエハ４２の第２反射鏡部３２
の最上層のＩｎＰ層３２ａとの間でウエハ４０とウエハ
４２とを相互に接着させる。次いで、図５（ｂ）に示す
ように、ウエハ４２の基板４４をエッチング停止層２６
まで選択的にエッチングするエッチング工程を実施す
る。その後、図５（ｃ）に示すように、エッチング停止
層２６、クラッド層２８、活性層３０及び第２反射鏡部
３２を柱状にエッチングして、所定の寸法の断面を有す
るブロックを形成する。続いて、図５（ｄ）に示すよう
に、エッチング停止層２６上にＳｉ層とＳｉＯ2 膜との
多層膜からなる第３反射鏡部２２を形成し、更に第３反
射鏡部２２の上面を一部露出させるようにして第３反射
鏡部２２の周りに上部電極２４を形成する。合わせて、
基板１２の下面に下部電極２０を形成する。以上の工程
を経て、図１に示すレーザダイオード１０を得ることが
できる。
４０とウエハ４２とを水素雰囲気中で約６００°C の温
度で約３０分間熱処理し、ウエハ４０の第１反射鏡部１
８のＧa Ａs 層１８ａとウエハ４２の第２反射鏡部３２
の最上層のＩｎＰ層３２ａとの間でウエハ４０とウエハ
４２とを相互に接着させる。次いで、図５（ｂ）に示す
ように、ウエハ４２の基板４４をエッチング停止層２６
まで選択的にエッチングするエッチング工程を実施す
る。その後、図５（ｃ）に示すように、エッチング停止
層２６、クラッド層２８、活性層３０及び第２反射鏡部
３２を柱状にエッチングして、所定の寸法の断面を有す
るブロックを形成する。続いて、図５（ｄ）に示すよう
に、エッチング停止層２６上にＳｉ層とＳｉＯ2 膜との
多層膜からなる第３反射鏡部２２を形成し、更に第３反
射鏡部２２の上面を一部露出させるようにして第３反射
鏡部２２の周りに上部電極２４を形成する。合わせて、
基板１２の下面に下部電極２０を形成する。以上の工程
を経て、図１に示すレーザダイオード１０を得ることが
できる。
【００２７】本発明は、上述した材料系以外でも同様な
効果が得られる。例えば、より屈折率差が大きいＡｌＩ
ｎＰ／ＧａＡｓ多層膜反射鏡を第１反射鏡部１８として
構成しても良く、温度による利得の低下が少ないＧａＩ
ｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系を活性層の材料として使用
することもできる。また、実施例は、１．３μm 帯の半
導体レーザダイオードを例にして説明されているが、こ
れは一例であって、例えば、吸収ロスの大きい１．５μ
ｍ帯の面型半導体光デバイスとしても、本発明を適用で
きる。更には、半導体レーザダイオードのみならず、発
光ダイオード及び面型受光素子に本発明を適用して、そ
れぞれ光取り出し面又は光入射面とは逆の面に第２反射
鏡部を設けることにより、発光ダイオードの発光効率や
面型受光素子の受光量子効率を改善することができる。
効果が得られる。例えば、より屈折率差が大きいＡｌＩ
ｎＰ／ＧａＡｓ多層膜反射鏡を第１反射鏡部１８として
構成しても良く、温度による利得の低下が少ないＧａＩ
ｎＡｓ／ＡｌＧａＩｎＡｓ系を活性層の材料として使用
することもできる。また、実施例は、１．３μm 帯の半
導体レーザダイオードを例にして説明されているが、こ
れは一例であって、例えば、吸収ロスの大きい１．５μ
ｍ帯の面型半導体光デバイスとしても、本発明を適用で
きる。更には、半導体レーザダイオードのみならず、発
光ダイオード及び面型受光素子に本発明を適用して、そ
れぞれ光取り出し面又は光入射面とは逆の面に第２反射
鏡部を設けることにより、発光ダイオードの発光効率や
面型受光素子の受光量子効率を改善することができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、多層膜半導体と多層膜
半導体とを異種材料接着技術により接着し、接着界面と
活性層との間に多層膜半導体を介在させることにより、
接着界面の格子欠陥及び歪みの影響が活性層に及ばない
ので、低いしきい値電流及び高い温度で安定して動作
し、しかも良好な光学特性を有する面型半導体光デバイ
スが実現できる。また、本発明方法を適用することによ
り、低いしきい値電流及び高い温度で安定して動作し、
しかも良好な光学特性を有する面型半導体光デバイスを
容易に作製することができる。
半導体とを異種材料接着技術により接着し、接着界面と
活性層との間に多層膜半導体を介在させることにより、
接着界面の格子欠陥及び歪みの影響が活性層に及ばない
ので、低いしきい値電流及び高い温度で安定して動作
し、しかも良好な光学特性を有する面型半導体光デバイ
スが実現できる。また、本発明方法を適用することによ
り、低いしきい値電流及び高い温度で安定して動作し、
しかも良好な光学特性を有する面型半導体光デバイスを
容易に作製することができる。
【図１】第１発明に係る面発光型半導体レーザダイオー
ドの実施例の層構造図である。
ドの実施例の層構造図である。
【図２】図２（ａ）から（ｃ）は、それぞれ反射鏡部を
構成する多層膜半導体の層構造を示す。
構成する多層膜半導体の層構造を示す。
【図３】第２発明に係る面発光型半導体レーザダイオー
ドの実施例の層構造図である。
ドの実施例の層構造図である。
【図４】図４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１に示す
面発光型半導体レーザダイオードを作製するために使用
するウエハの層構造を示す層構造図である。
面発光型半導体レーザダイオードを作製するために使用
するウエハの層構造を示す層構造図である。
【図５】図５（ａ）から（ｄ）は、それぞれ、本発明方
法を実施する際の各工程毎の層構造を示す断面図であ
る。
法を実施する際の各工程毎の層構造を示す断面図であ
る。
１０ 本発明に係る面型半導体レーザダイオードの実施
例１ １２ 第１ブロック １４ 第２ブロック １６ 基板 １８ 第１反射鏡部 １８ａ Ｇa Ａs 層 １８ｂ ＡｌＡｓ層 ２０ 下部電極 ２２ 第３反射鏡部 ２４ 上部電極 ２６ エッチング停止層 ２８ クラッド層 ３０ 多重量子井戸活性層 ３２ 第２反射鏡部 ３２ａ ＩｎＰ層 ３２ｂ Ｇa ＩｎＡｓＰ層 ４０、４２ ウエハ ４４ ＩｎＰ基板 ５０ 本発明に係る面型半導体レーザダイオードの実施
例２ ５２ 第１反射鏡部 ５４ 活性層 ５６ 第２反射鏡部 ５８ 基板 ６０ 第１ブロック ６２ 第３反射鏡部 ６４ 第２ブロック ６６ 下部電極 ６８ 上部電極
例１ １２ 第１ブロック １４ 第２ブロック １６ 基板 １８ 第１反射鏡部 １８ａ Ｇa Ａs 層 １８ｂ ＡｌＡｓ層 ２０ 下部電極 ２２ 第３反射鏡部 ２４ 上部電極 ２６ エッチング停止層 ２８ クラッド層 ３０ 多重量子井戸活性層 ３２ 第２反射鏡部 ３２ａ ＩｎＰ層 ３２ｂ Ｇa ＩｎＡｓＰ層 ４０、４２ ウエハ ４４ ＩｎＰ基板 ５０ 本発明に係る面型半導体レーザダイオードの実施
例２ ５２ 第１反射鏡部 ５４ 活性層 ５６ 第２反射鏡部 ５８ 基板 ６０ 第１ブロック ６２ 第３反射鏡部 ６４ 第２ブロック ６６ 下部電極 ６８ 上部電極
Claims (7)
- 【請求項１】 基板に対して垂直に光を入射又は出射す
る面型半導体光デバイスであって、 第１の多層膜半導体を基板上に有する第１のブロック
と、 少なくとも活性層と、活性層の下側に設けられた第２の
多層膜半導体とを有する第２のブロックとを備え、 第２のブロックは、第１のブロックの第１の多層膜半導
体と第２のブロックの第２の多層膜半導体とを界面とし
て第１のブロックの上に異種材料直接接着技術により接
着されていることを特徴とする面型半導体光デバイス。 - 【請求項２】 第１の多層膜半導体及び第２の多層膜半
導体の双方が、上記活性層と一対の反射鏡からなる共振
器の一方の反射鏡を構成し、 更に、第３の多層膜半導体を共振器の他方の反射鏡とし
て第２のブロックの活性層上に備え、 面発光型半導体レーザダイオードとして機能することを
特徴とする請求項１に記載の面型半導体光デバイス。 - 【請求項３】 第１の多層膜半導体及び第２の多層膜半
導体の双方が、屈折率ｎの相互に異なる２種類の化合物
半導体層をそれぞれ光学的厚さλ／４ｎで交互にエピタ
キシャル成長させてなる積層構造であることを特徴とす
る請求項２に記載の面型半導体光デバイス。 - 【請求項４】 基板に対して垂直に光を入射又は出射す
る面型半導体光デバイスであって、 第１の多層膜半導体、活性層及び第２の多層膜半導体
を、順次、基板上に有する第１のブロックと、 少なくとも第３の多層膜半導体を有する第２のブロック
とを備え、 第２のブロックは、第１のブロックの第２の多層膜半導
体と第２のブロックの第３多層膜半導体とを界面として
第１のブロックの上に異種材料直接接着技術により接着
されていることを特徴とする面型半導体光デバイス。 - 【請求項５】 第１の多層膜半導体、活性層、第２の多
層膜半導体及び第３の多層膜半導体が、活性層と一対の
反射鏡からなる共振器を構成し、 面発光型半導体レーザダイオードとして機能することを
特徴とする請求項４に記載の面型半導体光デバイス。 - 【請求項６】 第２の多層膜半導体及び第３の多層膜半
導体の双方が、屈折率ｎの相互に異なる２種類の化合物
半導体層をそれぞれ光学的厚さλ／４ｎで交互にエピタ
キシャル成長させてなる積層構造であることを特徴とす
る請求項５に記載の面型半導体光デバイス。 - 【請求項７】 基板に対して垂直に光を入射又は出射す
る面型半導体光デバイスの作製方法であって、 第１の多層膜半導体を基板上にエピタキシャル成長させ
て、第１のウエハを得る第１エピタキシャル成長工程
と、 半導体層と、活性層と、エピタキシャル成長させてなる
第２の多層膜半導体とを別の基板上に、順次、形成し
て、第２のウエハを得る第２エピタキシャル成長工程
と、 第１の多層膜半導体の面と第２の多層膜半導体の面とを
界面として、第１のウエハと第２のウエハとを一体的に
異種材料直接接着技術により接着する工程と、 第１のウエハ又は第２のウエハにエッチングを施して一
方の基板をエッチングする工程とを備えることを特徴と
する面型半導体光デバイスの作製方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17703296A JPH104241A (ja) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | 面型半導体光デバイス及びその作製方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17703296A JPH104241A (ja) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | 面型半導体光デバイス及びその作製方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH104241A true JPH104241A (ja) | 1998-01-06 |
Family
ID=16023964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17703296A Pending JPH104241A (ja) | 1996-06-17 | 1996-06-17 | 面型半導体光デバイス及びその作製方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH104241A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100374796B1 (ko) * | 2001-02-02 | 2003-03-03 | 삼성전기주식회사 | Ｐ형 전극과 활성층 사이에 효과적인 정공 확산을 위한 스페이서를 구비하는 ＧａＮ 면 발광 레이저 다이오드 및그 제조 방법 |
| JP2004039717A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Ricoh Co Ltd | 半導体分布ブラッグ反射鏡および面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザアレイおよび光通信システムおよび光書き込みシステムおよび光ピックアップシステム |
| JP2005527977A (ja) * | 2002-05-25 | 2005-09-15 | インテンス リミテッド | 量子井戸混合素子における接触抵抗の制御 |
-
1996
- 1996-06-17 JP JP17703296A patent/JPH104241A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100374796B1 (ko) * | 2001-02-02 | 2003-03-03 | 삼성전기주식회사 | Ｐ형 전극과 활성층 사이에 효과적인 정공 확산을 위한 스페이서를 구비하는 ＧａＮ 면 발광 레이저 다이오드 및그 제조 방법 |
| JP2005527977A (ja) * | 2002-05-25 | 2005-09-15 | インテンス リミテッド | 量子井戸混合素子における接触抵抗の制御 |
| JP2004039717A (ja) * | 2002-07-01 | 2004-02-05 | Ricoh Co Ltd | 半導体分布ブラッグ反射鏡および面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザアレイおよび光通信システムおよび光書き込みシステムおよび光ピックアップシステム |
| JP4497796B2 (ja) * | 2002-07-01 | 2010-07-07 | 株式会社リコー | 面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザアレイおよび光通信システムおよび光書き込みシステムおよび光ピックアップシステム |
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