JPS59125660A - モニタ集積型半導体発光素子 - Google Patents
モニタ集積型半導体発光素子Info
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- JPS59125660A JPS59125660A JP58000664A JP66483A JPS59125660A JP S59125660 A JPS59125660 A JP S59125660A JP 58000664 A JP58000664 A JP 58000664A JP 66483 A JP66483 A JP 66483A JP S59125660 A JPS59125660 A JP S59125660A
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- H01S5/2222—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties
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- H01S5/2275—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching
- H01S5/2277—Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching double channel planar buried heterostructure [DCPBH] laser
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- H01S5/3235—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength longer than 1000 nm, e.g. InP-based 1300 nm and 1500 nm lasers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、半導体発光素子に関し、特に回折格子を有す
る分布帰還型埋め込み構造半導体レーザ（ＤＦＢ−ＢＨ
ＬＤ）とその光出力モニタ用のフォトディテクタとが光
案内層を介して同一半導体基板上に集積化されたモニタ
集積型半導体発光素子に関する。
る分布帰還型埋め込み構造半導体レーザ（ＤＦＢ−ＢＨ
ＬＤ）とその光出力モニタ用のフォトディテクタとが光
案内層を介して同一半導体基板上に集積化されたモニタ
集積型半導体発光素子に関する。
近年半導体素子や光ファイバの高品質化により、光フア
イバ通信の実用化が進み、光集積回路という新しい研究
分野が発展しつつある。この光集積回路では、半導体レ
ーザと受光素子とを集積化したモニタ集積型半導体発光
素子が、光源の光出力をモニタする必要性から、システ
ム構成上重要である。その一つとして、例えば岸野氏ら
は、１９７８年発行のジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド書フィシツク、Ｘ （Ｊａｐａｎｅｓｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
）誌、第１７巻、ｐＦ ３号、第５８９頁から第５９
０頁において、集積二重導波路（Ｉ Ｔ Ｇ ）構造を
有する半導体レーザとフォトディテクタとの集積型発光
素子を報告している。このＩＴＧレーザは半導体レーザ
（ＬＤ）とフォトディテクタとが光案内層（光ガイド層
）を介して直列に配置されている。Ｌ Ｄは通常のへき
開面によるレーザ共振器を持たず、ＧａＡｓ活性層と、
光ガイド層であるＡｌｏ、ｏ７Ｇ ａ Ｏ，９３ＡｓＪ
＠との間にいずれの層と比べても屈折率の小さなＡｌｏ
２□Ｇａ ｏ７３Ａｓ中間層を有しておシ、この中間層
と活性層、光ガイド層とが結合導波路を形成している。
イバ通信の実用化が進み、光集積回路という新しい研究
分野が発展しつつある。この光集積回路では、半導体レ
ーザと受光素子とを集積化したモニタ集積型半導体発光
素子が、光源の光出力をモニタする必要性から、システ
ム構成上重要である。その一つとして、例えば岸野氏ら
は、１９７８年発行のジャパニーズ・ジャーナル・オブ
・アプライド書フィシツク、Ｘ （Ｊａｐａｎｅｓｅ
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
）誌、第１７巻、ｐＦ ３号、第５８９頁から第５９
０頁において、集積二重導波路（Ｉ Ｔ Ｇ ）構造を
有する半導体レーザとフォトディテクタとの集積型発光
素子を報告している。このＩＴＧレーザは半導体レーザ
（ＬＤ）とフォトディテクタとが光案内層（光ガイド層
）を介して直列に配置されている。Ｌ Ｄは通常のへき
開面によるレーザ共振器を持たず、ＧａＡｓ活性層と、
光ガイド層であるＡｌｏ、ｏ７Ｇ ａ Ｏ，９３ＡｓＪ
＠との間にいずれの層と比べても屈折率の小さなＡｌｏ
２□Ｇａ ｏ７３Ａｓ中間層を有しておシ、この中間層
と活性層、光ガイド層とが結合導波路を形成している。
ＧａＡｓ活性層甲で注入キャリアが光に変換され、活性
層端面のエツチングミラー而で反射され、レーザ共振す
る。そのレーザ発振光は光ガイド層に結合され、光ガイ
ド層がレーザ出力導波路として動作する。
層端面のエツチングミラー而で反射され、レーザ共振す
る。そのレーザ発振光は光ガイド層に結合され、光ガイ
ド層がレーザ出力導波路として動作する。
光ガイド層中に導波されたレーザ出力光は光ガイド層の
延長上にあるフォトディテクタによってモニタされる。
延長上にあるフォトディテクタによってモニタされる。
岸野氏らは、このＩＴＧ構造による集積型素子でＬＤの
共振器長３３０μｍ、フォトダイオード（Ｐ １） ）
の長さ３２０μｍ、ＬＤとＰＤとの間隔９０μｍとした
素子において、５０Ω負荷を用いた受光系でＬＤ小出力
約６０チがＰＤに吸収され、モニタｇ４でいると報告し
ている。受光出力とＬ Ｉ）出力との直線性もきわめて
よいという結果を得ている。
共振器長３３０μｍ、フォトダイオード（Ｐ １） ）
の長さ３２０μｍ、ＬＤとＰＤとの間隔９０μｍとした
素子において、５０Ω負荷を用いた受光系でＬＤ小出力
約６０チがＰＤに吸収され、モニタｇ４でいると報告し
ている。受光出力とＬ Ｉ）出力との直線性もきわめて
よいという結果を得ている。
しかしながら上述のＩＴＧ構造の集積型光素子において
は前述した活性層、中間層、光ガイド層の各々の層膜の
厚さに関する制限がきわめてきびしい。例えば０２μｍ
厚の活性層、１．０μｎｌ厚の光ガイド層に対する中間
層は、最適な層厚値から０１μｍだけの誤差を生ずると
活性層と光ガイド層との間の結合効率はほとんど半分以
下になってしまう。通常の液相エピタキシャル成長（Ｌ
ＰＥ）法による結晶成長の方法では、当然のことながら
中間層のみならず活性層、光ガイド層の膜厚にもバラツ
キを生ずる。また轟然ウェファ面内でもｊ膜厚の不均一
は必ず存在するものであり、同一半導体ウェファのある
部分では良好なＩｔ’ｆ性が得られても、他の部分では
各半導体層のバラツキのために結合効率が十分に取れず
、Ｉ’ｌ’Ｇレーザとして動作さえしなくなるというこ
とがあった。すなわち素子作製面において、特に所定層
厚を得る結晶成長が難かしいから、特性の再現性、素子
製造の歩留シが悪いという欠点を有していた。
は前述した活性層、中間層、光ガイド層の各々の層膜の
厚さに関する制限がきわめてきびしい。例えば０２μｍ
厚の活性層、１．０μｎｌ厚の光ガイド層に対する中間
層は、最適な層厚値から０１μｍだけの誤差を生ずると
活性層と光ガイド層との間の結合効率はほとんど半分以
下になってしまう。通常の液相エピタキシャル成長（Ｌ
ＰＥ）法による結晶成長の方法では、当然のことながら
中間層のみならず活性層、光ガイド層の膜厚にもバラツ
キを生ずる。また轟然ウェファ面内でもｊ膜厚の不均一
は必ず存在するものであり、同一半導体ウェファのある
部分では良好なＩｔ’ｆ性が得られても、他の部分では
各半導体層のバラツキのために結合効率が十分に取れず
、Ｉ’ｌ’Ｇレーザとして動作さえしなくなるというこ
とがあった。すなわち素子作製面において、特に所定層
厚を得る結晶成長が難かしいから、特性の再現性、素子
製造の歩留シが悪いという欠点を有していた。
一方光ファイバ通信は捷すます長距離・犬容娼通信への
道を進んでいる。通常の半導体レーザにおいてはＤＣ動
作時には１本の軸モードで発振していても、例えば４０
０ Ｍｂ ／ ｓ程度の高速パルス変調時には発振スペ
クトルは多軸モード化してしまい、光ファイバの分散特
性ともからんで伝送帯域を大きく制限してしまう。これ
に対して高速変調時にも１本の軸モードで発振する光源
として回折格子を有したブラッグ反射型半導体レーザ（
ＤＢＲ−ＬＤ）、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ）が開発きれている。
道を進んでいる。通常の半導体レーザにおいてはＤＣ動
作時には１本の軸モードで発振していても、例えば４０
０ Ｍｂ ／ ｓ程度の高速パルス変調時には発振スペ
クトルは多軸モード化してしまい、光ファイバの分散特
性ともからんで伝送帯域を大きく制限してしまう。これ
に対して高速変調時にも１本の軸モードで発振する光源
として回折格子を有したブラッグ反射型半導体レーザ（
ＤＢＲ−ＬＤ）、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−Ｌ
Ｄ）が開発きれている。
ＤＢＲ−ＬＤは回折格子が外部に霧出した構造でアシ、
レーザ光はこの回折格子部分で共振し、導波路として鋭
い波長選択性を有し、１本の軸モードでレーザ発振する
。このようなりＢＲ，−ＬＤとフォトディテクタとを集
積化した光素子のひとつとして、Ｍ、に、ジャム氏らは
１９７８年発行のアプライド・フィジックス・レターズ
（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）
誌、第３２巻、第３号、第１７９頁から第１８１頁まで
に、ＧａＡｌＡｓ ｐｎ接合型フォトディテクタを同一
基板上に集積化しだＬＯＣ−ＤＢＲ・レーザを報告して
いる。この発光素子は前述の岸野氏らによるＩＴＧレー
ザと同様にＬ Ｉ）とフォトダイオード（ＰＤ）と、が
直列に並置され、ＬＤからｃｒ）ｖ−ザ出力光７％Ｌ
ＯＣ（Ｌａｒｇｅ ０ｐｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙ ）光
ガイド層を通ってモニタ用のＰ Ｉ）に受光される。た
だし、この素子はＬＯＣ構造を基本としており、ＩＴＧ
の場合のような中間層を持たず、活性層と光ガイド層と
が直接接触しており、光ガイド層にしみ出した光がその
まま出力光となる。ＬＤとＰＤとの間の部分に露出した
光ガイド層の一部に回折格子が形成されている。活性層
で生じた光は光ガイド層に結合され回折格子内でレーザ
共振する。ジャム氏らは、このＬ ＯＧ−ＤＢＩＩ。
レーザ光はこの回折格子部分で共振し、導波路として鋭
い波長選択性を有し、１本の軸モードでレーザ発振する
。このようなりＢＲ，−ＬＤとフォトディテクタとを集
積化した光素子のひとつとして、Ｍ、に、ジャム氏らは
１９７８年発行のアプライド・フィジックス・レターズ
（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ ）
誌、第３２巻、第３号、第１７９頁から第１８１頁まで
に、ＧａＡｌＡｓ ｐｎ接合型フォトディテクタを同一
基板上に集積化しだＬＯＣ−ＤＢＲ・レーザを報告して
いる。この発光素子は前述の岸野氏らによるＩＴＧレー
ザと同様にＬ Ｉ）とフォトダイオード（ＰＤ）と、が
直列に並置され、ＬＤからｃｒ）ｖ−ザ出力光７％Ｌ
ＯＣ（Ｌａｒｇｅ ０ｐｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙ ）光
ガイド層を通ってモニタ用のＰ Ｉ）に受光される。た
だし、この素子はＬＯＣ構造を基本としており、ＩＴＧ
の場合のような中間層を持たず、活性層と光ガイド層と
が直接接触しており、光ガイド層にしみ出した光がその
まま出力光となる。ＬＤとＰＤとの間の部分に露出した
光ガイド層の一部に回折格子が形成されている。活性層
で生じた光は光ガイド層に結合され回折格子内でレーザ
共振する。ジャム氏らは、このＬ ＯＧ−ＤＢＩＩ。
レーザにおいて６．４ＫＡ／ｃ％と低いレーザ発振しき
い値電流密度を得、４６０μｍ の長さの中間領域を持
つ素子で良好なモニタ特性を報告している。
い値電流密度を得、４６０μｍ の長さの中間領域を持
つ素子で良好なモニタ特性を報告している。
このレーザは十分に完全ｆｒ、Ｄ Ｂ Ｒモードで発振
し、波長の＠度変化も０．６−〇、８λ／℃と良好なり
ＢＲＬＤである。この素子においては長距離・大容量光
ファイバ通信用光源として優れたＬＯＧ−ＤＢＲＬＤと
モニタ用ＰＤとが同一半導体基板上に集積化されている
。
し、波長の＠度変化も０．６−〇、８λ／℃と良好なり
ＢＲＬＤである。この素子においては長距離・大容量光
ファイバ通信用光源として優れたＬＯＧ−ＤＢＲＬＤと
モニタ用ＰＤとが同一半導体基板上に集積化されている
。
上述のモニタ集積型半導体レーザにおいては、ＬＤとＰ
Ｄとの中間領域を選択エツチング法によって活性層まで
けずシおとじ、光ガイド層を露出させてから回折格子を
形成する。回折格子の形成は通常のフォトレジストマス
クを用い、例えばＨｅ−Ｃｄ レーザ等のレーザ干渉法
によって行なう。
Ｄとの中間領域を選択エツチング法によって活性層まで
けずシおとじ、光ガイド層を露出させてから回折格子を
形成する。回折格子の形成は通常のフォトレジストマス
クを用い、例えばＨｅ−Ｃｄ レーザ等のレーザ干渉法
によって行なう。
この場合にはＬＤ、ＰＤ部分は活性層、クラッド層、オ
ーミック電極層等の半導体層が積層されているために、
回折格子を形成する中間領域は幅５００μｍ、深さ３μ
ｍ程度の溝の形状を有している。
ーミック電極層等の半導体層が積層されているために、
回折格子を形成する中間領域は幅５００μｍ、深さ３μ
ｍ程度の溝の形状を有している。
ところが、このような平坦部分の少ない溝の内部に均一
性よく回折格子を形成することはきわめて雛かしい。王
な要因はフォトレジストマスクの厚みの不均一性である
。溝の中央部分と溝の端とを比べるとどうしても溝の端
の部分で７オトレジスト剤が厚くなってしまうからであ
る。さらに、レーザ干渉法を用いるに際しても溝内部の
小さな領域のみに集光して回折格子を作製するのは容易
でない。すなわち、この例の場合には、前述のＩＴＧレ
ーザのような半導体層の層厚の不均一による歩留り低下
はないものの、回折格子を再現性よく作製することがき
わめて困難であり、それによる製造歩留りの低下を招い
ていたわけである。また、とのＬＯＣ構造では、光ガイ
ド層が外部に露出しているから、活性層で発生したレー
ザ光が、活性層の切れる部分で大きく散乱されてしまい
、光ガイド層への結合効率が悪く、モニタ用フォトディ
テクタの受光感度も十分ではない。散乱損失が大きいの
は半導体層と外部の空気との屈折率差が太きすぎるため
であり、光が効率よく光ガイド層中に案内されない。
性よく回折格子を形成することはきわめて雛かしい。王
な要因はフォトレジストマスクの厚みの不均一性である
。溝の中央部分と溝の端とを比べるとどうしても溝の端
の部分で７オトレジスト剤が厚くなってしまうからであ
る。さらに、レーザ干渉法を用いるに際しても溝内部の
小さな領域のみに集光して回折格子を作製するのは容易
でない。すなわち、この例の場合には、前述のＩＴＧレ
ーザのような半導体層の層厚の不均一による歩留り低下
はないものの、回折格子を再現性よく作製することがき
わめて困難であり、それによる製造歩留りの低下を招い
ていたわけである。また、とのＬＯＣ構造では、光ガイ
ド層が外部に露出しているから、活性層で発生したレー
ザ光が、活性層の切れる部分で大きく散乱されてしまい
、光ガイド層への結合効率が悪く、モニタ用フォトディ
テクタの受光感度も十分ではない。散乱損失が大きいの
は半導体層と外部の空気との屈折率差が太きすぎるため
であり、光が効率よく光ガイド層中に案内されない。
不発明の目的は、特性の再現性、製造歩留りがよく、フ
ォトディテクタの受光効率もよいモニタ集積型半導体発
光素子の提供にある。
ォトディテクタの受光効率もよいモニタ集積型半導体発
光素子の提供にある。
本発明によるモニタ集積型半導体発光素子の構成は、帯
状の活性層の外周がこの活性層よりエネルギーギャップ
が大きく屈折率の小さい半導体層で囲んである分布帰還
型埋め込み構造半導体レーザと、フォトディテクタと、
前記活性層で生じたレーザ光を前記半導体層を介して受
は前記フォトディテクタへ導く光案内層とが１つの基板
上に集積してあり、前記光案内層は前記活性層の長手方
向に伸びていて外周がこの光ガイド層よシ屈折率の小さ
い半導体で囲んであることを特徴とする。
状の活性層の外周がこの活性層よりエネルギーギャップ
が大きく屈折率の小さい半導体層で囲んである分布帰還
型埋め込み構造半導体レーザと、フォトディテクタと、
前記活性層で生じたレーザ光を前記半導体層を介して受
は前記フォトディテクタへ導く光案内層とが１つの基板
上に集積してあり、前記光案内層は前記活性層の長手方
向に伸びていて外周がこの光ガイド層よシ屈折率の小さ
い半導体で囲んであることを特徴とする。
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する、７第１図
は本発明の一実施例の上面図であり、ＤＦＢＢＨＬＤ５
１．フォトディテクタ５２．中間光導波領域５３を模式
的に示しである。第２図は第１図の〇−α矢視断面図、
第３図（ａ）１：１第１図のＡ−Ａ’矢視断面図、同図
（ｂ）は同様に第１図のＢ−Ｂ’矢視断面図である。こ
のような発光素子の製造方法を王に第３図（ａ） 、
（ｂ）を用いて説明する。
は本発明の一実施例の上面図であり、ＤＦＢＢＨＬＤ５
１．フォトディテクタ５２．中間光導波領域５３を模式
的に示しである。第２図は第１図の〇−α矢視断面図、
第３図（ａ）１：１第１図のＡ−Ａ’矢視断面図、同図
（ｂ）は同様に第１図のＢ−Ｂ’矢視断面図である。こ
のような発光素子の製造方法を王に第３図（ａ） 、
（ｂ）を用いて説明する。
まず、（１００）ｎ−ＩｎＰ基板１上にレーザ干渉法に
より回折格子２を形成する。回折格子２はピッチ０２３
９μｍ、深さｓｏｏ′に程度で、これは例えばＨｅ−ｃ
ｄガガスーザを用いたレーザ干渉法により困難なく行な
える。回折格子２を形成したｎ −ＩｎＰ基板１上に第
１回目のエピタキシャル成長を行ない、発光波長１．１
μｍに相当するｎ−Ｉ ｎ ｏ、ｓｓ Ｇａ ｏ、ｔｓ
ＡＳ ｏ、ａ３Ｐ ｏ、、光ガイド層３２発光波長１
．３μｍに相当するＩ ｎ Ｏ，７２Ｇａ Ｏ，２８Ａ
Ｓ ｏ、６１ Ｐ ｏ３９活性層４．ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層５をそれぞれ０．３μｍ、Ｑ、１μｍ 、 １μ
ｍの厚さで順次積層させる。
より回折格子２を形成する。回折格子２はピッチ０２３
９μｍ、深さｓｏｏ′に程度で、これは例えばＨｅ−ｃ
ｄガガスーザを用いたレーザ干渉法により困難なく行な
える。回折格子２を形成したｎ −ＩｎＰ基板１上に第
１回目のエピタキシャル成長を行ない、発光波長１．１
μｍに相当するｎ−Ｉ ｎ ｏ、ｓｓ Ｇａ ｏ、ｔｓ
ＡＳ ｏ、ａ３Ｐ ｏ、、光ガイド層３２発光波長１
．３μｍに相当するＩ ｎ Ｏ，７２Ｇａ Ｏ，２８Ａ
Ｓ ｏ、６１ Ｐ ｏ３９活性層４．ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層５をそれぞれ０．３μｍ、Ｑ、１μｍ 、 １μ
ｍの厚さで順次積層させる。
ｎ −ＩｎＰ基板１に形成された回折格子２は比較的容
易にメルトバックされやすいので、ｎ Ｉ ｒｌｏ、
ａ ｔ。
易にメルトバックされやすいので、ｎ Ｉ ｒｌｏ、
ａ ｔ。
Ｇａ ｏ、１ ｓ Ａ Ｓ ｏ、３ａ Ｐ ｏ、６７光
ガイド層３は過飽和度を２０℃程度にとったスーパーク
ーリング溶液で、またＩｎｏ７□Ｇａｏ２８ＡＳｏ６□
Ｐｏ３９活性層４はメルトの均一性がよく、かつ膜厚制
御の容易なオーツ（−シード溶液で成長を行なった。
ガイド層３は過飽和度を２０℃程度にとったスーパーク
ーリング溶液で、またＩｎｏ７□Ｇａｏ２８ＡＳｏ６□
Ｐｏ３９活性層４はメルトの均一性がよく、かつ膜厚制
御の容易なオーツ（−シード溶液で成長を行なった。
このようにして得た回折格子２を持つ多層膜構造半導体
ウェファにメサエッチングを行なって、エツチング溝６
．７を掘り、メサストライプ８゜９を形成する。この際
エツチングマスクを工夫し、第１図に示したような配置
とするべく、素子中央の中間光導波領域５３でストライ
プ幅の狭いものを用いる。このマスクの幅はＤ Ｆ Ｂ
、−１３１（Ｌ Ｉ） ５１の活性領域５４．フォト
ディテクタ５２のキャリア生成領域に対応するキャリア
生成領域５５の部分で６μｍ、光ガイド領域５６部分で
４．５μｍ程度とする。上述のようなマスクパターンを
形成し体積比０．２％のＢｒメタノールエツチング液を
用いてエツチングを行なうとレジストマスクのサイドエ
ツチングが生ずる。３℃で２分３０秒程度エソチングを
行なうことにより、ＢＨ−ＬＤの活性領域５４のメサス
トライプの幅１，５μｍ、光ガイド領域５６はメサ上面
に平坦な部分をもたない三角形状になる。エツチング溝
６，７はいずれも幅１０μｍ、深さ３μｍ程度とすれば
よく、この時点ではまだ光ガイド領域５６には活性層４
及びクランド層５が残されている。
ウェファにメサエッチングを行なって、エツチング溝６
．７を掘り、メサストライプ８゜９を形成する。この際
エツチングマスクを工夫し、第１図に示したような配置
とするべく、素子中央の中間光導波領域５３でストライ
プ幅の狭いものを用いる。このマスクの幅はＤ Ｆ Ｂ
、−１３１（Ｌ Ｉ） ５１の活性領域５４．フォト
ディテクタ５２のキャリア生成領域に対応するキャリア
生成領域５５の部分で６μｍ、光ガイド領域５６部分で
４．５μｍ程度とする。上述のようなマスクパターンを
形成し体積比０．２％のＢｒメタノールエツチング液を
用いてエツチングを行なうとレジストマスクのサイドエ
ツチングが生ずる。３℃で２分３０秒程度エソチングを
行なうことにより、ＢＨ−ＬＤの活性領域５４のメサス
トライプの幅１，５μｍ、光ガイド領域５６はメサ上面
に平坦な部分をもたない三角形状になる。エツチング溝
６，７はいずれも幅１０μｍ、深さ３μｍ程度とすれば
よく、この時点ではまだ光ガイド領域５６には活性層４
及びクランド層５が残されている。
以上のようにメサエッチングを行ないメサストライプ８
を形成したウェファに埋め込み成長を行なう。まずｒ）
−ＩｎＰ電流ブロック層１０．ｎＩｎＰ 電流ブロッ
ク層１１をいずれもＬＤ、フォトディテクタ用のメサス
トライプ８の上面のみを龜 除いて、さらにｐ −ＩｎＰ 埋め込み層１２１発光波
長１．１．／Ｚｍに相当するｐ’ ” ０．８５ Ｇａ
Ｏ，１５ＡＳＯ，３ＢＰＯ，６７電極層１３を順次積層
させる。メサ８上面に２つの電流ブロック層１０．１１
が積層しないのはメサ８側面でのＩｎＰ の成長速度
が太きいためにメサ８上面で成長メルト中の少数原子で
あるＰの濃度が減少するためである。実際には４ｇのＩ
ｎ メルト甲に５０ｍｇのＩｎＰ単結晶を浮かべ、その
一部がメルトに溶けきれずメルト表面に浮かんでいる２
相溶液成長メルトを用いた。この場合本発明の発明者ら
が見い出したごとく、先端のとがった光ガイド領域５６
のメサストライプ９においては、長波長組成のＩｎＯ，
７２ＧａＯ，２８ＡＳＧ、６１ ＰＯ，３９活性層４か
ら上部だけがきれいにメルトバックされ、ｎ −Ｉ ｎ
ｏ、ｓｓ Ｇａ Ｏ，１５Ａ、ｓ Ｏ，３３１） ｏ
６７光ガイド層３はメルトバックされずに残り、同時に
その上部を電流ブロック層１０．１１がおおうようにで
きる。
を形成したウェファに埋め込み成長を行なう。まずｒ）
−ＩｎＰ電流ブロック層１０．ｎＩｎＰ 電流ブロッ
ク層１１をいずれもＬＤ、フォトディテクタ用のメサス
トライプ８の上面のみを龜 除いて、さらにｐ −ＩｎＰ 埋め込み層１２１発光波
長１．１．／Ｚｍに相当するｐ’ ” ０．８５ Ｇａ
Ｏ，１５ＡＳＯ，３ＢＰＯ，６７電極層１３を順次積層
させる。メサ８上面に２つの電流ブロック層１０．１１
が積層しないのはメサ８側面でのＩｎＰ の成長速度
が太きいためにメサ８上面で成長メルト中の少数原子で
あるＰの濃度が減少するためである。実際には４ｇのＩ
ｎ メルト甲に５０ｍｇのＩｎＰ単結晶を浮かべ、その
一部がメルトに溶けきれずメルト表面に浮かんでいる２
相溶液成長メルトを用いた。この場合本発明の発明者ら
が見い出したごとく、先端のとがった光ガイド領域５６
のメサストライプ９においては、長波長組成のＩｎＯ，
７２ＧａＯ，２８ＡＳＧ、６１ ＰＯ，３９活性層４か
ら上部だけがきれいにメルトバックされ、ｎ −Ｉ ｎ
ｏ、ｓｓ Ｇａ Ｏ，１５Ａ、ｓ Ｏ，３３１） ｏ
６７光ガイド層３はメルトバックされずに残り、同時に
その上部を電流ブロック層１０．１１がおおうようにで
きる。
このようにして光ガイド領域５６に（ｒ：ｉ吸収媒質（
活性層４）が取り除かれ、光導波媒質（元ガイド層３）
のみが残されたことになる０、シかも、その光導波媒質
は、それと屈折率差のあまり大きくない（屈折率がやや
小さい）半導体層１０．１１によっておおわれていて、
活性層４と半導体１０゜１１との接続部分での散乱損失
は小さい。最後に電極１６，１７．１８の形成、ペレッ
タイズを行ない所望のモニタ集積型半導体発光素子を得
る。
活性層４）が取り除かれ、光導波媒質（元ガイド層３）
のみが残されたことになる０、シかも、その光導波媒質
は、それと屈折率差のあまり大きくない（屈折率がやや
小さい）半導体層１０．１１によっておおわれていて、
活性層４と半導体１０゜１１との接続部分での散乱損失
は小さい。最後に電極１６，１７．１８の形成、ペレッ
タイズを行ない所望のモニタ集積型半導体発光素子を得
る。
光源とモニタとの電気的絶縁゛のためには例えば中間光
導波領域５３をある程度の深さまでエツチングしてもよ
い。ここではプロトン注入を行ない、プロトン注入絶縁
領域１４〔第３図（ｂｌでは斜線を付して示す〕、およ
びその上に５ｉＯｚ絶縁膜１５を用いた。
導波領域５３をある程度の深さまでエツチングしてもよ
い。ここではプロトン注入を行ない、プロトン注入絶縁
領域１４〔第３図（ｂｌでは斜線を付して示す〕、およ
びその上に５ｉＯｚ絶縁膜１５を用いた。
本発明の実施例においてはＢＩ（−ＬＤ作製の際のメサ
エッチング工程のサイドエツチングの現象、および埋め
込み成長時の選択的メルトバック現象を利用することに
より、ＤＦＢ−ＢＨＬＤ５１のレーザ出力光を効率よく
モニタすることができた。
エッチング工程のサイドエツチングの現象、および埋め
込み成長時の選択的メルトバック現象を利用することに
より、ＤＦＢ−ＢＨＬＤ５１のレーザ出力光を効率よく
モニタすることができた。
技術的な再現性はきわめてよく、シたがって素子製造の
歩留υにすぐれている。実施例に示したモニタ集積型発
光素子で、ＤＦＢ−ＢＨＬＤ５１の長さ３００μｍ、中
間光導波領域５３の長さ１００μｍ。
歩留υにすぐれている。実施例に示したモニタ集積型発
光素子で、ＤＦＢ−ＢＨＬＤ５１の長さ３００μｍ、中
間光導波領域５３の長さ１００μｍ。
フォトディテクタ５２の長さ２５０μｍ とした素子に
おいて、室温連続発車しきい値電流３０市Ａ、で発振す
るものが再現性よく得られた。モニタの受光感度も良好
で、５０Ω負荷抵抗に一３Ｖの逆バイアス電圧を印加し
たとき、レーザ出力とモニタ出力との直線性も非常によ
かった。
おいて、室温連続発車しきい値電流３０市Ａ、で発振す
るものが再現性よく得られた。モニタの受光感度も良好
で、５０Ω負荷抵抗に一３Ｖの逆バイアス電圧を印加し
たとき、レーザ出力とモニタ出力との直線性も非常によ
かった。
なお本発明の実施例においては、ｎ−ＩｎＰ基板上にＬ
Ｄ、フォトディテクタをモノリシックに集積化したが、
ｎ−ＩｎＰのがわシに例えばＦｅドープの半絶縁性基板
、ｐ−ＩｎＰ基板等を用いても何ら差しつかえない、実
施例には、用いる半導体材料として、ＩｎＰ を基板、
ＩｎＧａＡｓＰ を活性層等にした、波長１μｍ帯のも
のを示したが、もちろんこれに限ることなく、可視光領
域から遠赤外領域に至る他の材料、例えばＩｎＧａＰ
、 ＩｎＧａＡＩＰ。
Ｄ、フォトディテクタをモノリシックに集積化したが、
ｎ−ＩｎＰのがわシに例えばＦｅドープの半絶縁性基板
、ｐ−ＩｎＰ基板等を用いても何ら差しつかえない、実
施例には、用いる半導体材料として、ＩｎＰ を基板、
ＩｎＧａＡｓＰ を活性層等にした、波長１μｍ帯のも
のを示したが、もちろんこれに限ることなく、可視光領
域から遠赤外領域に至る他の材料、例えばＩｎＧａＰ
、 ＩｎＧａＡＩＰ。
ＧａＡｌＡｓＳｂ等でかまわない。ＬＤとフォトディテ
クタとの電気的絶縁にはプロトン注入絶縁領域を用いた
が、他の何らかの方法を用いても、絶縁抵抗さえ十分大
きくすることができればそれでよい。横モード制御のだ
めの構造であるＢ Ｈ−Ｔ、 Ｄはメサストライプが２
本のエツチング溝によってはさ１れた、いわゆる２重チ
ャネル構造のものを示したが、もちろんこれに限るもの
ではない。寸た、光ガイド領域５６の形成にはメサエッ
チングの際のサイドエッチ現象、埋め込み成長の際のメ
ルトバック現象を利用したが、このような方法に限定す
るものでないことは言うまでもない。
クタとの電気的絶縁にはプロトン注入絶縁領域を用いた
が、他の何らかの方法を用いても、絶縁抵抗さえ十分大
きくすることができればそれでよい。横モード制御のだ
めの構造であるＢ Ｈ−Ｔ、 Ｄはメサストライプが２
本のエツチング溝によってはさ１れた、いわゆる２重チ
ャネル構造のものを示したが、もちろんこれに限るもの
ではない。寸た、光ガイド領域５６の形成にはメサエッ
チングの際のサイドエッチ現象、埋め込み成長の際のメ
ルトバック現象を利用したが、このような方法に限定す
るものでないことは言うまでもない。
本発明の特徴は光通信用光源として高性能なりＦＢ−Ｂ
）Ｔ、 Ｌ Ｄとその出力モニタ用フォトディテクタ
とが集積化された半導体発光素子であって、それらがレ
ーザ共振軸上に直列に配置され、光ガイド層を介して結
合されていることである。光ガイド層自身も他の半導体
材料によっておおわれて形成されているので光源、モニ
タ（フォトディテクタ）との接続部分での光散乱損失は
小さく、シたかって受光感度がよい。このような構造が
比較的単純なエツチング工程と、エピタキシャル成長ニ
ー 程のみで形成できるので素子特性の再現性、製造歩留シ
もきわめてよい。
）Ｔ、 Ｌ Ｄとその出力モニタ用フォトディテクタ
とが集積化された半導体発光素子であって、それらがレ
ーザ共振軸上に直列に配置され、光ガイド層を介して結
合されていることである。光ガイド層自身も他の半導体
材料によっておおわれて形成されているので光源、モニ
タ（フォトディテクタ）との接続部分での光散乱損失は
小さく、シたかって受光感度がよい。このような構造が
比較的単純なエツチング工程と、エピタキシャル成長ニ
ー 程のみで形成できるので素子特性の再現性、製造歩留シ
もきわめてよい。
第１図は本発明の一実施例の模式的な上面図、第２図は
第１図の〇−α矢視断面図、第３図（ａ）。 （ｂ）はそれぞれ第１図のＡＡｌ、 Ｂ−ｉ３’におけ
る矢視断面図である。 １・・・・・・ｎ −ＩｎＰ 基板、２・・・・・・回
折格子、３・・・”’ ｎ−Ｉｎ０．８５ ＧａＯ，１
５ＡＳＯ，３３ＰＯ，６７光ガイド層、４°°°・”
ＩｎＯ，７２ＧａＯ，２８ＡＳＯ，６Ｉ Ｐｏ、３９活
性層、訃・−・−ｐ−ＩｎＰ クラッド層、６，７・
・印・エツチング溝、８゜９・・・・・・メサストライ
プ、１０・・・・・・ｐ−１，ｎＰ 電流ブロック層
、１１・・・・・・ｎ−ＩｎＰ ′電流ブロック層、１
２・・・・・・ｐ ＝ＩｎＰ 埋め込み層、１３・・・
・・・ｐ −■ｎｏ、５ｓＧａ ｏｌｓ Ａｓ ｏ、ａ
３Ｐ ｏ、ｓ７電極層、１４・・・・・・プロトン注入
絶縁領域、１５・・・・・・５ｉＯｚ絶縁膜、１６〜１
８・・・・・・電極、５１・・・・・・ＤＦＢ−ＢＨＬ
Ｄ 、５２・・・・・・フォトディテクタ、５３・・・
・・・中間光導波領域、５４・・・・・・ＤＦＢ−ＢＨ
ＬＤの活性領域、５５・・・・・・フ／ｌ’ ）ディテ
クタのキャリア生成領域、５６・・・・・・′″”パ″
２・ ４”−、皿 ｌ・ 代理人 弁理士 内 原 Ｐｊｌ寥Ａ恥 完Ｚ口 り什 ３ ℃乙 （久） 、（し）
第１図の〇−α矢視断面図、第３図（ａ）。 （ｂ）はそれぞれ第１図のＡＡｌ、 Ｂ−ｉ３’におけ
る矢視断面図である。 １・・・・・・ｎ −ＩｎＰ 基板、２・・・・・・回
折格子、３・・・”’ ｎ−Ｉｎ０．８５ ＧａＯ，１
５ＡＳＯ，３３ＰＯ，６７光ガイド層、４°°°・”
ＩｎＯ，７２ＧａＯ，２８ＡＳＯ，６Ｉ Ｐｏ、３９活
性層、訃・−・−ｐ−ＩｎＰ クラッド層、６，７・
・印・エツチング溝、８゜９・・・・・・メサストライ
プ、１０・・・・・・ｐ−１，ｎＰ 電流ブロック層
、１１・・・・・・ｎ−ＩｎＰ ′電流ブロック層、１
２・・・・・・ｐ ＝ＩｎＰ 埋め込み層、１３・・・
・・・ｐ −■ｎｏ、５ｓＧａ ｏｌｓ Ａｓ ｏ、ａ
３Ｐ ｏ、ｓ７電極層、１４・・・・・・プロトン注入
絶縁領域、１５・・・・・・５ｉＯｚ絶縁膜、１６〜１
８・・・・・・電極、５１・・・・・・ＤＦＢ−ＢＨＬ
Ｄ 、５２・・・・・・フォトディテクタ、５３・・・
・・・中間光導波領域、５４・・・・・・ＤＦＢ−ＢＨ
ＬＤの活性領域、５５・・・・・・フ／ｌ’ ）ディテ
クタのキャリア生成領域、５６・・・・・・′″”パ″
２・ ４”−、皿 ｌ・ 代理人 弁理士 内 原 Ｐｊｌ寥Ａ恥 完Ｚ口 り什 ３ ℃乙 （久） 、（し）
Claims (1)
- 帯状の活性層の外周がこの活性層よシエネルギーギャッ
プが大きく屈折率の小さい半導体層で囲んである分布帰
還型埋め込み構造半導体レーザと、フォトディテクタと
、前記活性層で生じたレーザ光を前記半導体層を介して
受は前記フォトディテクタへ導く光案内層とが１つの基
板上に集積してあり、前記光案内層は前記活性層の長手
方向に伸びていて外周がこの光ガイド層よシ屈折率の小
さい半導体で囲んであることを特徴とするモニタ集積型
半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58000664A JPS59125660A (ja) | 1983-01-06 | 1983-01-06 | モニタ集積型半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58000664A JPS59125660A (ja) | 1983-01-06 | 1983-01-06 | モニタ集積型半導体発光素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59125660A true JPS59125660A (ja) | 1984-07-20 |
Family
ID=11479992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58000664A Pending JPS59125660A (ja) | 1983-01-06 | 1983-01-06 | モニタ集積型半導体発光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59125660A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990009047A1 (en) * | 1989-02-02 | 1990-08-09 | Fujitsu Limited | Integrated optical semiconductor device and method of producing the same |
| US5040033A (en) * | 1989-06-26 | 1991-08-13 | At&T Bell Laboratories | Optical amplifier-photodetector assemblage |
| JPH05503180A (ja) * | 1989-12-13 | 1993-05-27 | バイオ―ロジック・システムズ・コーポレーション | コンピュータ支援による睡眠の分析 |
-
1983
- 1983-01-06 JP JP58000664A patent/JPS59125660A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1990009047A1 (en) * | 1989-02-02 | 1990-08-09 | Fujitsu Limited | Integrated optical semiconductor device and method of producing the same |
| US5040033A (en) * | 1989-06-26 | 1991-08-13 | At&T Bell Laboratories | Optical amplifier-photodetector assemblage |
| JPH05503180A (ja) * | 1989-12-13 | 1993-05-27 | バイオ―ロジック・システムズ・コーポレーション | コンピュータ支援による睡眠の分析 |
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