JPS60136388A - 発光電子装置 - Google Patents

発光電子装置

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JPS60136388A
JPS60136388A JP24389983A JP24389983A JPS60136388A JP S60136388 A JPS60136388 A JP S60136388A JP 24389983 A JP24389983 A JP 24389983A JP 24389983 A JP24389983 A JP 24389983A JP S60136388 A JPS60136388 A JP S60136388A
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JP
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JP24389983A
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English (en)
Inventor
Makoto Haneda
誠 羽田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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
    • H01S5/227Buried mesa structure ; Striped active layer
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/22Structure 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
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    • H01S5/2275Buried mesa structure ; Striped active layer mesa created by etching

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は発光電子装置、特に埋込みへテロ形の半導体レ
ーザを有する発光電子装置に関する。
〔背景技術〕
オーディオディスク、ビデオディスク、光通信等におけ
る発光源として半導体レーザが使用されている。
従来、光通信発光源として、本出願人は、たとえば、電
子材料、1979年12月号、58〜61頁にも記載さ
れているようK、InGaAsP−InP系の埋込みへ
テロ構造(B I()型の半導体レーザーを開発してい
る。この半導体V−ザ素子は第1図に示すようにローI
nP の基板1の主面Kn−I nP (7) ハ、、
 77層2 、 InGaAsP I)活性層3゜p−
xnp のクラッド層4 、p −InGaAsPのキ
ャップ層5を順次形成した多層成長層がストライプ状に
形成されているとともに、この多層成長層の両側にはp
−InP のブロッキング層5.n−InP の埋込層
7 、n −InGaAsPのキャップ層8が積層状態
で埋め込まれている。また、多層成長層のコンタクト領
域を除く基板の主面側は絶縁膜9で被われているうそし
て、基板1の主面側および裏面にはそれぞれ電極10.
11が取り付けられている。なお、キャップ層8および
クラッド帰4の表層部分にはZnが拡散されてP+型の
コンタクト層12が設けられている。
この半導体レーザ素子(レーザチップ)13け1対の電
極に所定の電圧が印加されると、活性層端からレーザ光
を発光する。
ところで、このレーザチップはクラッド層と埋込層との
間の界面状態が良好ではなく、スクリーニング不良が生
じ易いことが本発明者によってあきらかとされた。
すなわち、このレーザチップ13は、第1図の要部断面
図で示すように、多層成長層に順バイアスを印加してレ
ーザ発振させた場合、電流aはキャップ層8.クラッド
層4.活性層3−、バ、ソフ了層2.基板1と順次流れ
る。しかし、活性層3の側部にはクラッド層4と同導電
型のプロ、ソキング層6が位置し、かつ、このブロッキ
ング層6は異導電型のバヅフ丁層2および基板lに接し
ている。
また、ブロッキング層6と接するバ・ンフ丁層2および
基板1との界面はエツチング面に埋込み成長層を形成さ
せることによって形成されるため、必ずしも良好とは言
えないと思え、たとえば立ち上がり電圧(PN接合をバ
イアスしたときバイアスに比例した電流が流れ出す最小
電圧は、クラッド層4.活性層3.バッフ丁層2におけ
る立ち上がり電圧の0.9vよりもわずかに高い1,3
■となる。
この結果、電流の一部はクラッド層4.プロ・yキング
層6.バ、ファ層2と活性層3を迂回するような洩れ電
流すとなって流れる。
一方、V−ザ光出力を一定にするように¥f!、圧(′
#を流)を調整する場合において、クラッド層4と埋込
層7との界面が劣化し、クラッド層4から埋込層7へ洩
れ電流Cが発生することも判明した。
界面の劣化UEBIC解析によるダークエリア。
発生として認められた。これは界面がエツチング面上に
埋込層を形成することによって形成された結果であり、
ブロムメタノールによるエツチング後の洗浄岬よっても
イオン等が残留したり1表面が酸化したり、あるいは埋
込層成長時の界面部分での結晶成長状態が良好でないこ
と等によるものと推察される。
このように、活性層3を迂回する洩れ電流す。
卯込層7に流入する洩れ電流Cの発生、増大和よって叩
電流値は上昇し、駆動電流は変動(増大)する。また、
洩れ電流の増大忙よりて埋込層7とプロ9キング層6と
の間の耐圧は低下し、最終的にはクラッド層4.埋込層
7.ブロッキング層6゜バッフ丁層2と大きな洩れ電流
dが流れ、光出力は急激に低下する。
また、光出力を一定に維持する場合について考えてみる
と、洩れ電流の発生によって駆動電光が増大し、駆動電
流の増大がさらに発熱量の増大を招き光出力を低下させ
ることになる。そして、所望の光出力に到達させるよう
に駆動電流を増大させていくと、活性層における電流密
度が大lW!に増大して活性層は劣化してしまう。この
ようなことから、洩れ電流の発生、耐圧の劣化は光出方
向上を阻害することになる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は洩れ電流の発生低減により囲電流値が低
くかつ駆動電流の変動が少ない高光出力の半導体レーザ
および半導体レーザを有する発光電子装置を提供するこ
とにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
〔発明の概要〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、本発明はi3H構造の半導体レーザチップの
裂造忙おいて、活性層を含む多層成長層の逆メサエツチ
ング後に、埋込成長層を形成する前に工、チングされた
面にZnを拡散させ、ともに11形どなるバッ7丁層お
よび基板の表層部にpn接合を設けた構造とし、このp
n接合における立ち上がり電圧が、活性層の部分におけ
るp0接合の立ち上がり電圧の0.9vに対して2.5
Vと高いことを利用し、活性層を迂回してバク7丁層お
よび基板だ流れ込む洩れ電流の発生の低減(防止)し、
前記目的を達成するものである。
〔実施例〕
第2図〜第9図は本発明の一実施例によるレーザチップ
の各製造段階でのンークの断面図である。
また、第10図−同し−ザチッグを箱型のバック−ジに
組み込んだ例であり、光通信用発信装置の断面図である
この実施例のレーザチップを製造するには、最初に第2
図に示されるようなウェハ(半導体薄板)14が用意さ
れる。ウニハエ4は不純物濃度が5x101aatom
s11cmノn形ノInPカラナル基板1であって、厚
さは200〜300μm程度となっている。また、一枚
のウェハ14からは多数のレーザチップ13が同時に製
造される。
つぎに、第3図に示すように、このウェハ14は基板l
の主面((100)結晶面〕上に液相エピタキシャル法
によりてn−形(不純物濃度が10 atoms・血以
上となり、基板1よりも低い。)のInP のバッフ下
層2 、InGaAsPからなる活性層3.InP か
らなるp形のクラッド層4(不純物濃度は10” at
omsecm )、InGaAsPからなるp形のキャ
ップ層5が順次積層形成される。
前記活性層3は数百への厚さとなり、他の層は1μm前
後の厚さとなっている。
つぎに、第4図に示すように、このウェハ14の主面に
は平行KIl’7i(が5〜6μm程度の帯状の5in
2膜等からなるマスク15が複数(図では1条のマスク
のみを示す。)形成される。マスク15から露出する半
導体層(多層成長層)はブロムメタノールによりエツチ
ングされ、マスク15の下部にけ逆メサ状のストライプ
からなる多層成長層(メサ部)16が形成される。
つぎに、第5図に示すように、ウェハ14はp導電型決
定不純物の一つであるZn(あるいはSn)をアンプル
拡散される。この例では特に限定されないがマスク15
を除去しないことから、ウェハ14の主面のエツチング
されたエツチング面KO,1〜0,3μm程度の深さに
Znが拡散される。このZnの拡散領域は洩れ電流抑止
層17となり、不純物濃度が10〜10atOmS−C
m′程度のp層となる。
つぎに%第6図に示すように、ウェハ14の主面はマス
クエ5を除去された後、エツチングによって窪んだ領域
にp形のInP からなるブロッキング層6.n形のI
nP からなる埋込層5.n形のInGaAsP から
なるキャップ層8が順次埋め込み成長形成される。
つぎに、第7図に示すように、ウェハ14の主面はメサ
部16の上面が露出するようなマスク18が形成され、
Znが拡散される。マスク18は絶縁膜(CVD−PS
G膜)19およびこの絶縁膜19をパターニングするた
めに用いられたホトレジスト膜20である。この結果、
メサ部16にはクラッド層4の途中深さに迄達するp層
形のコンタクト層12が形成される。
つぎに1第8図に示すように、マスクのホトレジスト膜
2Oが除去された後、ウェハ14の主面には下層がCr
、上層がAuからなる電極10が設ゆられる。また、ウ
ェハ14は下面の基板部分がエツチングされ、基板厚さ
が100μmとされた後、AuGeNi、pct、Au
 、!1.順次蒸着が行なわれてもう一つの電極11が
形成される。また、ウェハ14は分断化されて、第9図
に示すようなりH構造のレーザチップ13が製造される
このようなレーザチップ13は発光波長が1,3μm帯
であるため、第10図で示すように、光通信用の発信装
置21に光源として組み込まれる。
すなわち、発信装置は金属製のステム22の窪み底中央
の台座部23にレーザチップ13をサブマウント24を
介して固定した構造となっている。
また、ステム2シの周壁にはファイバーガイド25が貫
通され鑞材26によって気密的にステム22に固定され
ている。このファイバーガイド25にはファイバケーブ
ル27が挿入されている。また、ファイバーケーブル2
7の内端部分はジャケットを剥がされてコアとクラッド
からなる光ファイバ28となり、レーザチップ13に対
面し、レーザ光を光フアイバ281/iK取り込むよう
になっている。また、光ファイバ28の先端部分は固定
材29によってレーザチップ13に対する位置が変動し
ないようKなっている。また、光ファイバ28とファイ
バーガイド25とは鑞材3oで気密封止され、光ファイ
バ28を伝わって水分がステム22内に入らないように
配慮されている。
一方、ステム22の他側壁にはモニタファイバケーブル
31が貫通固定され、内端の光ファイバ28、レーザチ
ップ13の他のレーザ光出射面に対峙させている。この
モニタファイバ・ケーブル31およびモニタ光7フイバ
32は鑞材33,34によってステム22内を気密に維
持するようになっている。またステム22の窪み部分は
金属與のキャップ35によって気密封止されている。
このような発信装置21は図示しないリード間に所定の
電圧が印加されることにより、レーザチップ13からレ
ーザ光を発光する。レーザ光は光ファイバを媒体として
所望箇所に伝送される。寸だ、レーザ光の光出力は常時
モニタ光ファイバによってモニタ、おれ、光出力が一定
となるように制御される。
〔効 果〕
tit 本発明のレーザチップ13はプロ1.キング層
6の下面にクラッド層4と同じ導電形(p形)からなる
拡散によって形成された洩れ電流抑止層17が設けられ
ている。この洩れ電流抑止層17はn形のバッフ1層2
および基板1との間に拡散にょるpn接合を生じるが、
このpn接合における立ち上がり電圧は、従来構造のバ
、ソファ層と駈込みによるブロッキング層との間のpn
接合の場合のたとえば1.3 V K比較して、たとえ
ば2.5Vと遥か九大きい。この結果、本発明のレーザ
チップは洩れ電流が大幅に低減されるため、間型流値が
低くなる。
(2) 上記(1)のように、洩れ電流の発生が少なく
なることから、駆8th電流の変動(増大)が起きなく
なり、温度特性も向上するため、素子の劣化が起き難く
なり、素子の長寿命化が達成できる。
(3) 上記fl) 、 +21から間型流値が低く、
駆#J電流の低減が図れる結果、光出力の向上が達成で
きる。
+41 上U己+17〜13)により、レーザチップ゛
のスクリーニング歩留向上が図れるため、レーザチップ
のコスト低減が達成でさる。
(5) 本発明のレーザチップを組み込んだ発信装置は
闘′二流値が低くかつ駆動電流が変動しないため信頼度
が高く安定した通信ができることになる。
16】 本発明のレーザチップを組み込んだ発信装置は
間型流値が低いことから駆動電流も小さい。この結果、
光通信の使用−力も小さくでき経済的にも優れたものと
なる。
以上本発明者によってなされた発明な実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいう1でもない。たとえば、洩れ電流抑
止層の形成深さがメサ部のキャップ層よりも深くなるよ
うに形成する場合には、洩れ電流抑止層を形成する際、
メサ部上のマスクを除去してオケば、同時にクラッド層
に対するコンタクト層が形成されることになるので、従
来独立して設けられていたコンタクト層形成工程が廃止
でき、コスト軽減化が図れることになる。
また、第11図に示すように、ブロッキング層6の下面
に厚さが0.1〜0.5μmの高抵抗の真性層からなる
洩れ電流抑止層17を設けてもよい。
この層は、メサエッチング後の埋込み成長工程時に形成
される。
この実施例のレーザチップは、洩れt流抑止層17が高
抵抗であるため、電流が流れ難くなるとともに、洩れ電
流抑止層17とバッフ1層4との界面におけるバイアス
電圧も、洩れ電流抑止層17が高抵抗であるため電流と
抵抗の積に相当する電圧降下があることから低くなり、
洩れ電流の大幅な低減が達成できるようになる。さらに
もれ電流を低く押えることにより、V−ザー発振のため
の開電流を低くでき、電流変化がないため、長期寿命の
レーザ素子が得られる。
〔オリ用分野〕 以上の説明では主どして本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である長敦長用発光電子装
置技術に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、たとえば、GaAs−GaAlk
s系の赤外光レーザ、または発光ダイオード、もしくは
光IC等細り発光電子装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のBHし〜ザチップの断面図、第2図は本
発明の一実施例によるBHレーザチップの製造に用いる
ウェハの断面図、 第3図は同じく多層成長層を有するウェハの断面図、 第4図は同じく逆メサエツチングを施したウェハの断面
図、 第5図は同じ(Zn拡散状態を示す断面図、第6図は同
じく埋込み層形成状態を示す断面図、第7図は同じ(Z
n拡散状態を示す断面図、第8図は同じく電極形成状態
を示す断面図、第9図は同じくレーザチップの断面図、
第10図は本発明による光通信用の発信装置となる発光
電子装置の断面図、 第11図は他の実施例によるレーザチップの断面図であ
る。 1・・・基板、2・・・バッフ7層、3・・・活性層、
4・・・クラッド層、5・・・キャップ層、6・・・ブ
ロッキング層、7・・・埋込層、8・・・キャップ層、
9・・・絶縁膜、10.11・・電極、12・・・コン
タクト層、13・・レーザチップ、14・・・ウェハ、
15・・・マスク、16・・・多層成長層(メサ部)、
17・・・洩れ電流抑止層、1B・・・マスク、19・
・絶縁膜、20・・・ホトレジスト膜、21・・発信装
置、22・・・ステム、23・・・台座部、24・・サ
ブマウント、25・・ファイバガイド、26・・・鑞材
、27・・・ファイバケーブル、2B・・・光ファイバ
、29・・・固定材、30・・・鑞材、31・・・モニ
タフ下イバーケーブル、32・・・モニタ光ファイバ、
33.34・・・対談材、35・・キャップ。 第 1 図 第 2 図 / 第 5 図 第6図 第 7 図 /2 第 9 図 第10図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、半導体の基板と、この基板の主面上にストライブ状
    に積層形成されかつ中層に位置する活性層の上下面はそ
    れぞれへテロ構造となる多層成長層と、この多層成長層
    の側部に埋め込み成長によって形成されたブロッキング
    層と、を有する発光電子装置であって、少なくとも前記
    ブロッキング層の下面には洩れ電流抑止層が設けられて
    いることを特徴とする発光電子装置。
JP24389983A 1983-12-26 1983-12-26 発光電子装置 Pending JPS60136388A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6266694A (ja) * 1985-09-19 1987-03-26 Sharp Corp 半導体レ−ザ素子及びその製造方法
US4849372A (en) * 1987-02-18 1989-07-18 Mitsubishi Kenki Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device and a method of producing same
US6011811A (en) * 1996-02-27 2000-01-04 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson Buried heterostructure with aluminum-free active layer and method of making same

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