JPH11112100A - 光半導体素子 - Google Patents

光半導体素子

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JPH11112100A
JPH11112100A JP26651997A JP26651997A JPH11112100A JP H11112100 A JPH11112100 A JP H11112100A JP 26651997 A JP26651997 A JP 26651997A JP 26651997 A JP26651997 A JP 26651997A JP H11112100 A JPH11112100 A JP H11112100A
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JP
Japan
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layer
type
inp
mesa stripe
type inp
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Application number
JP26651997A
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English (en)
Inventor
Masaki Toyama
政樹 遠山
Yuzo Hirayama
雄三 平山
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半絶縁性半導体埋め込み構造から成り、高い
光出力を得ることが可能な光半導体素子を提供する。 【解決手段】 n型InPホール注入阻止層5をFeド
ープ半絶縁性InP埋め込み層4上のみならず、p型I
nPクラッド層3上にまでかかるように形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光半導体素子に係わ
り、特に半絶縁性半導体埋め込み構造から成る光半導体
素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、幹線系光通信システムの大容量化
の研究開発が盛んに展開されており、送信光源には、素
子寄生容量が小さく、電気信号により高速変調動作が可
能である光半導体素子が要求されている。また、光ファ
イバ増幅器の出現により伝送距離に対する光ファイバの
損失制限が除去された現状においては、波長チャープの
小さい外部変調器方式による伝送距離の拡大も望まれて
いる。特に、光源となる半導体レーザとのモノリシック
集積化が可能である半導体光変調器は、次世代の幹線系
光通信システムを担うキーデバイスとして期待されてい
る。
【0003】光導波層ストライプ側面を半絶縁性半導体
層により埋め込んだ構造は、単位面積当たりの寄生容量
を低減できるだけでなく、異なる光半導体素子の集積化
にも適している。特に、順バイアス動作させる半導体レ
ーザと、逆デバイス動作させる光半導体素子とを同一半
導体基板上にモノリシックに集積化する際に有効であ
る。このため、半絶縁性半導体埋め込み構造から成る光
半導体素子の開発は、極めて重要である。
【0004】図4には、従来の半絶縁性半導体埋め込み
構造から成る半導体レーザの導波方向に垂直に断面図を
示す。図中、1はn型InP基板、2はInGaAsP
多重量子井戸構造から成る活性層、3はp型InPクラ
ッド層、4はFeドープ半絶縁性InP埋め込み層、5
はn型InPホール注入阻止層、6はp型InPオーバ
ークラッド層、7はp型InGaAsコンタクト層、8
はSiO2 膜、9はAu/Zn/Auから成るp型オー
ミック電極、10はTi/Pt/Auから成る配線兼ボ
ンディングパッド、11はAuGe/Ni/Auから成
るn型オーミック電極である。
【0005】ここで、Feドープ半絶縁性InP埋め込
み層4は、電子をトラップするが、正孔はトラップしな
い。従って、p型InPクラッド層3およびp型InP
オーバークラッド層6から半絶縁性InP埋め込み層3
に正孔が注入されると、注入された正孔とトラップされ
ていた電子とが再結合することにより、リーク電流が流
れる。このリーク電流を低減することを目的として、半
絶縁性InP埋め込み層4上には、n型InPホール注
入阻止層5が設けられている。しかしながら、p型In
Pクラッド層3の側面が半絶縁性InP埋め込み層4と
接しており、これがリーク電流の経路となっている。図
5には、p型InPクラッド層3の厚さを0.5μmと
したときの活性層2直上における電流密度分布を示す。
p型InPクラッド層3が厚いために、p型InPクラ
ッド層3側面から半絶縁性InP埋め込み層4へのリー
ク電流が大きく、高い光出力を得ることが困難であっ
た。図6には、p型InPクラッド層3の厚さを0.1
μmとしたときの活性層2直上における電流密度分布を
示す。p型InPクラッド層3の側面から半絶縁性In
P埋め込み層4へのリーク電流は小さいものの、p型I
nPクラッド層3が薄いために、活性層2の両端近傍で
電流密度が高くなっている。このように活性層2へ注入
される電流密度分布が不均一であるために、高い光出力
を得ることが困難であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の半
絶縁性半導体埋め込み構造から成る光半導体素子では、
活性層上のクラッド層厚を厚くするとリーク電流が増大
し、活性層上のクラッド層厚を薄くすると活性層へ注入
される電流密度分布が不均一になるために、高出力化が
困難であるという問題点があった。
【0007】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、リーク電流が小さく、
かつ活性層に均一に電流を注入することにより、高い光
出力が得られる光半導体素子を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、キャリ
ア注入阻止層を半絶縁性半導体埋め込み層上のみなら
ず、メサストライプ上にまでかかるように設けることに
より、リーク電流の低減と光導波層への均一な電流注入
を同時に実現することにある。
【0009】即ち本発明は、第1の導電型の半導体基板
上に、、光導波層および第2の導電型のクラッド層が積
層されたメサストライプと、前記メサストライプの両側
面に形成された半絶縁性半導体埋め込み層と、前記半絶
縁性半導体埋め込み層および前記メサストライプ上に形
成され、前記メサストライプよりも幅の狭い開口部を前
記メサストライプ上に有する第1の導電型のキャリア注
入阻止層と、前記メサストライプおよび前記第1の導電
型のキャリア注入阻止層に形成された第2の導電型のオ
ーバーククラッド層と、を具備することを特徴とする。
【0010】本発明によれば、キャリア注入阻止層は、
半絶縁性半導体埋め込み層上のみならず、メサストライ
プ上にまでかかるように設けられている。したがって、
光導波層の両端近傍で電流密度が高くなることもなく、
メサストライプ側面から半絶縁性半導体埋め込み層への
リーク電流を低減することもできる。この結果、高い光
出力を得ることが可能である。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。 (実施例1)図1は、本発明の第1の実施例に係わる光
半導体素子の導波方向に垂直な断面図である。図中、1
はn型InP基板、2はInGaAsP多重量子井戸構
造から成る活性層、3はp型InPクラッド層、4はF
eドープ半絶縁性InP埋め込み層、5はn型InPホ
ール注入阻止層、6はp型InPオーバークラッド層、
7はp型InGaAsコンタクト層、8はSiO2 膜、
9はAu/Zn/Auから成るp型オーミック電極、1
0はTi/Pt/Auから成る配線兼ボンディングパッ
ド、11はAuGe/Ni/Auから成るn型オーミッ
ク電極である。
【0012】ここで、活性層2およびp型InPクラッ
ド層3を含むメサストライプ12の幅は1.4μm、p
型InPクラッド層3の厚さは0.3μmである。ま
た、n型InPホール注入阻止層5は、半絶縁性InP
埋め込み層4上のみならず、メサストライプ12の両端
上に0.2μmずつかかっている。したがって、p型I
nPクラッド層3とp型InPオーバークラッド層6と
は、幅1.0μmで接触している。
【0013】図2には、活性層2直上における電流密度
分布を示す。n型InPホール注入阻止層5がp型In
Pクラッド層3の両端上に0.2μmずつかかるように
形成されていることから、p型InPクラッド層3側面
から半絶縁性InP埋め込み層4へのリーク電流はほと
んどない。さらに、0.3μm厚のp型InPクラッド
層3を流れる間に、電流密度分布は均一化されており、
活性層2に電流を均一に注入することができる。この結
果、高い光出力を得ることが可能である。
【0014】(実施例2)次に、本発明の第2の実施例
を図3を用いて説明する。図3は、本発明の第2の実施
例に係わる光半導体素子の斜視図であり、分布帰還型半
導体レーザと半導体光変調器とをモノリシックに集積化
した構造から成る。図3において、図1と同一の部分に
ついては、図1と同一の符号を付してその説明を省略す
る。
【0015】変調器領域13および電極分離領域14で
は、光導波層はInGaAsP光吸収層16から成って
いる。レーザ領域では、光導波層はInGaAsP多重
量子井戸活性層2から成り、活性層2上には回析格子1
7が設けられている。また、変調器側端面にはSiNx
から成る無反射コーティング膜18が、レーザ側端面に
はSi/SiO2 多層膜から成る高反射コーティング膜
19が形成されている。変調器領域13および電極分離
領域14では、光導波層近傍が狭メサ形状に形成されて
おり、寄生容量が低減されている。
【0016】レーザ領域15および変調器領域13で
は、第1の実施例と同様に、n型InPホール注入阻止
層5は、半絶縁性InP埋め込み層4上のみならず、p
型InPクラッド層3の両端上に0.2μmずつかかる
ように形成されている。この結果、リーク電流は小さ
く、電流密度分布も均一であることから、高い光出力を
得ることが可能である。また、電極分離領域14では、
変調器領域13とレーザ領域15との間を電気的に分離
するために、n型InPホール注入阻止層5は設けられ
ていない。
【0017】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。実施例では、InGaAsP系の光半
導体素子について説明したが、AlGaAs系、AlG
aInP系、GaInNAs系など、様々な材料系につ
いて本発明を適用することができる。また実施例では、
単体の半導体レーザ素子と、半導体光変調器と半導体レ
ーザの集積化素子について説明したが、他にも半導体レ
ーザ、光変調器、光増幅器、光スイッチ、光カップラ、
光導波路等を適宜集積化した素子構造においても、本発
明は有効である。また、光導波層にはバルク材料を用い
ても多重量子井戸構造を用いてもよい。さらに、半絶縁
性半導体埋め込み層InP層に限るものではなく、例え
ば、InGaAsP層や、InP層とInGaAsP層
を積層した半導体層を用いてもよい。また、半導体基板
の導電型もn型基板に限るものではない。その他、本発
明の主旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施するこ
とができる。
【0018】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
リーク電流の低減と光導波層への均一な電流注入を同時
に実現可能な半絶縁性半導体埋め込み構造を提供するこ
とができる。この結果、高出力動作と高速変調動作が得
られ、かつ複数の光半導体素子の集積化にも適している
光半導体素子を提供することが可能であり、幹線系光通
信システム用送信光源の特性向上に大きく寄与すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1の実施例に係わる光半導体素子の導波方向
に垂直な断面図、
【図2】第1の実施例に係わる光半導体素子の活性層直
上における電流密度分布、
【図3】第2の実施例に係わる光半導体素子の斜視図、
【図4】従来の半導体素子の導波方向に垂直な断面図、
【図5】従来の光半導体素子の活性層直上における電流
密度分布、
【図6】従来の光半導体素子の活性層直上における電流
密度分布。
【符号の説明】
1…n型InP基板 2…InGaAsP多重量子井戸活性層 3…p型InPクラッド層 4…Feドープ半絶縁性InP埋め込み層 5…n型InPホール注入阻止層 6…p型InPオーバークラッド層 7…p型InGaAsコンタクト層 8…SiO2 膜 9…p型オーミック電極 10…配線兼ボンディングパッド 11…n型オーミック電極 12…メサストライプ 13…変調器領域 14…電極分離領域 15…レーザ領域 16…InGaAsP光吸収層 17…回析格子 18…無反射コーティング膜 19…高反射コーティング膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の導電型の半導体基板上に、 光導波層および第2の導電型のクラッド層が順次積層さ
    れたメサストライプと、 前記メサストライプの両側面に形成された半絶縁性半導
    体埋め込み層と、 前記半絶縁性半導体埋め込み層および前記メサストライ
    プ上に形成され、前記メサストライプよりも幅の狭い開
    口部を前記メサストライプ上に有する第1の導電型のキ
    ャリア注入阻止層と、 前記メサストライプおよび前記第1の導電型のキャリア
    注入阻止層上に形成された第2の導電型のオーバークラ
    ッド層と、 を具備することを特徴とする光半導体素子。
  2. 【請求項2】同一半導体基板上に複数の光半導体素子が
    集積化されていることを特徴とする請求項1記載の光半
    導体素子。
JP26651997A 1997-09-30 1997-09-30 光半導体素子 Pending JPH11112100A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005064080A (ja) * 2003-08-08 2005-03-10 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体素子及びその製造方法
CN110943147A (zh) * 2018-09-25 2020-03-31 山东浪潮华光光电子股份有限公司 提高反极性GaAs基AlGaInP红光LED芯片焊线性能的管芯制作方法
US11552451B2 (en) 2018-05-28 2023-01-10 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor laser device
US11961948B2 (en) * 2019-09-13 2024-04-16 Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. Optical semiconductor device

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