JPS62172781A - 半導体レ−ザ及びその製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高速の光フアイバ通信用光源等として用いられ
る半導体レーザ及びその製造方法に関する。

〔従来の技術〕

光フアイバ通信システムの研究・開発が進められ、最近
では従来の４００　Ｍｂ／Ｓの伝送スピードから２　Ｇ
ｂ／Ｓあるいは４　Ｇｂ／Ｓといった高速のスピードの
伝送実験が行なわれている。従りて光源である半導体レ
ーザにも高速の応答が要求される。半導体レーザの高速
応答特性を改善しようとする場合には、発光領域以外の
部分の容量を低減することが基本課題である。ところで
従来、高速の半導体レーザを実現しようとする場合、パ
ウアー、ｅ（Ｊ。

Ｂｏｗｓ　ｙ　ａ　）等が１９８５年発行のエレクトロ
ニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔ
＠ｒｓ）誌第２１巻、７号の２９７頁から２９９頁で報
告している様に、発光領域をメサストライプ状に限定し
、その周囲を８１０２等の絶縁膜で覆うとい、う手法、
あるいはレウイス（Ｌｅｗｉｍ）等が１９８５年発行の
エレクトロニクス・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｌｃｓ
　Ｌｅｔｔｅｒａ）誌第２１巻、第１１号の５００頁か
ら５０１頁で報告している様に、半絶縁性基板上に、活
性領域を形成するという特殊な方法を用いていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前者の構造では、活性層の横が、屈折率の低い５ｉｎ２
膜等で覆われるため、高次横モードが発生し易い、又、
信頼性の面でも難点がある。又、後者の構造では、まだ
十分な開発が成されていないＩｎＰの半絶縁性基板を用
いているので信頼性の面で十分な保障を与えることがで
きない、又電極を両方とも、エピタキシャル層表面側か
らとシ出すので、活性領域に発生する熱の放散が悪いと
いう欠点があった。

本発明の目的は、高速応答に優れ、しかも作製が容易で
、かつ信頼性にも優れる半導体レーザ及びその製造方法
を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は第−導電形の半導体基板上に形成された第二導
電形の電流閉じ込め層及びプロトン注入が行なわれた低
濃度の電流プロ、り層を貫く深さの溝を埋めて前記基板
上に第−導電形のパ、７７層、活性層と第二導電形のク
ラッド層との、潰層を有することを特徴とする半導体レ
ーザおよび、ｐ形ＩｎＰ基板上に、ｎ形１ｎＰ　を流閉
じ込め層、Ｐ形ＩｎＰ電流ブロック層を積層した後、少
くとも前記ｐ形ＩｎＰ電流ブロック層にプロトン注入を
行って低濃度化し、更に、前記ｐ形ＩｎＰ基板に到達す
るまでの溝を設けた後、少くともｐ形１ｎＰバッファ層
、　ＩｎＧａＡａＰ活性層、ｎ形１ｎＰクラッド層を順
次積層させることを特徴とする半導体レーザの製造方法
である。

〔作用〕

本発明の詳細な説明する前に本発明の基本的な考え方を
第１図の共振器方向に垂直な断面図を用いて説明する。

半導体レーザの高速応答特性を改善するには、’Ｗ　１
〜２μｍ程度の活性層の発光領域２以外に電流が流れな
い電流ブロック領域４を基板１に形成すれば負い。この
電流！ロック領域４が、直流電流及び高周波電流に対し
て非常に高い抵抗を示すことが必要であるが、現実には
とのような半導体層をどのようにして形成するかが問題
となる。図中３はクラッド層、２０はｎ側電極、２１は
ｐ側電極である。直流電流を印加する場合にに、活性層
２のｐｎ接合が順方向にバイアスされた場合に逆方向に
バイアスされるｐｎ接合を電流ブロック領域４の中に設
ければ良い。一方このようなｐｎ接合は、接合容１を有
する。この接合容量が大きい場合には高周波の電流成分
はこの接合容量を通して流れ、発光領域２に流れない。

従って接合容量を小さくする必要があるとのために“は
、ｐｎ接合部の空乏層幅を広げる、即ち接合を形成して
いる少くとも一方の側の半導体のキャリア濃度を低くす
ることが必要である。ところで、半導体レーザは発光領
域２へ１０傷　　以上のキャリア全注入させて用いる高
注入形の素子である。従って、一般に各半導体層は高＃
涙にト°−プされてエピタキシャル成長される。このよ
うなエピタキシャル成長を行う場合、成長プロセスにお
ける不純物の相互汚染等によシ一つの層の半纏体層のみ
を低濃度で形成することが難しい。従って、本発明でな
電流ブロック領域４に形成されるｐｎ接合部に、水素イ
オン（プロトン）を注入し、打ち込んだプロトンに半導
体層中の不純物をトラップさせることによシ、低濃度層
を実現させる手法を用いている。

プロトン注入によシ、低濃度層を実現する手法は従来か
ら用いられているが、本発明では、発光領域の極めて近
い領域まで自動的に低濃度層を実現できること、又ｐｎ
接合部を片側のみを自動的に低濃度にすることが可能で
あるなどの特徴を有す構造を実現している。

〔実施例〕 次に図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。第
２図は本発明の実施例を示す斜視図である。（００１）
面方位のｐ形ＩｎＰ基板１の上に、ＩｎＧａＡａＰ活性
層９、及びプロトン注入層７等の積層が形成されている
。この構造に関して第３図（、）から（ｄ）の製造工程
を示す断面図を用いて説明する。第３図（＆）は、（０
０１）面のｐ、形ＩｎＰ基板（Ｚｎドーゾ、キャリア濃
度　ｌＸｌ０　　ｃｍ　　）　　１の上にｎ形ＩｎＰ’
に流閉じ込め層５　（Ｓａドープ、キャリア濃度８ＸＩ
０１８ｚ−’。

膜厚０．５μｍ）、ｐ形ＩｎＰ　１４流プＯツク層６　
（Ｚｎドープ、キャリア濃度　１×１０　　の　、膜厚
０．５μｍ）を連続して積層した。結晶成長には、トリ
メチルインジウム（ＴＭｒｎ）　、　７オスヒン（ＰＨ
ρ等の有機金属化合物等を用いた。メタ、ル・オーガニ
ック・ケミカル・グエーノ平−・デポジッション（Ｍｅ
ｔａｌＯｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ
　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　：　ＭＯ−ＣＶＤ　）法を用
いた。次に、第３図（ｂ）に示すように表面から、イオ
ン注入装置を用いて、Ｈ＋（プロトン）イオンを深さ０
．７μｍまで打ち込んだ。総圧入量はｌＸｌ０１４ｃｍ
−２であり、打ち込み最深部から異面付近まで、深さ方
向で打ち込んだプロトン密度がほぼ一定となる様に、打
ち込み電圧を９０ｋＶから２５ｋＶまで変化させて多重
打ち込みを行なった。ｐ形ＩｎＰ電流ブロック層６とｎ
形１ｎＰ’ｉｌ：流閉め込め層５は、ｌＸ１０１７個−
５及び８Ｘ　１０１８α−３と大きく異なる。従って、
プロトン打ち込みによシ、ｐ形ＩｎＰ電流ブロック層６
は、キャリア濃度が大きく低減するが、ｎ形ＩｎＰ電流
閉じ込め層５の濃度はほとんど変化しない。次に、＜ｌ
ｌｏ＞方向に、ｐ形１ｎＰ基板１に到達する溝３０を形
成した。溝３０のエツチングにはＢｒ−メタノールを用
いた。＠３０の底部の幅は約１μｍ　、　＠　３０の上
部の幅は、約３μｍである。この状態が第３図（Ｃ）で
おる。次に第３図（ｄ）において、同じ（ＭＯ−ＣＶＤ
法を用いて、ｐ形１ｎＰバッファ層８（Ｚｎドープ、キ
ャリア濃度　５ＸＩＯｃｍ　　、　　膜厚０．２μｍ）
、ノンドープＩｎＧａＡａＰ活性層９（発光波長にして
１．３μｍ組成、膜厚ｏ、１μｍ）及びｎ形ＩｎＰクラ
ッド層１０　（Ｓｉドーグ、キャリア濃度７Ｘ１０１７
ｃＷ１””　、膜厚３μｍ）を積層した。ｐ形ＩｎＰバ
ッファ層８、ＩｎＧａＡｓＰ活性層９は、溝３０の形状
を受は継いで凹凸の形状を呈するが、ｎ形１ｎＰクラッ
ド層１０を３μｍと厚く成長すると溝３０は埋められた
形状となる。以上でエピタキシャル成長を終える。この
後、全体の厚さが１４０μｍＫなるまでｐ形ＺｎＰ基板
１側を研磨した。そして、第２図の斜視図に示す様に、
ｎ形１ｎＰクラッド層１０の表面にＡｕ　−Ｇｅ−Ｎｉ
を蒸着、熱処理して、ｉ側電極２０ヲ、ｐ形ＩｎＰ基板
１側表面に、Ａｕ−Ｚｎを蒸着、熱処理して、ｐ側電極
２１を形成した。

以上の様にして、プロセスを終えたウェハから、共振器
長が２５０μｍになる様に骨間し、又横幅が２００μｍ
となる様に切り出してチップとし、ｎ側電極２０側を下
向きとし、ダイアモンドヒートシンクに融着して、特性
を測定した。室温での発振閾値ｔ′ｉｌｏｍＡ、微分量
子効率は片側３０チ、最大光出力は６０ｍＷであった。

発振横モードは、安定な基本モード発振であった。発振
閾値の温度依存性を示す特性温度Ｔは８０　Ｋであり、
１００℃の温度でも１０ｍＷ以上の光出力を得た。この
半導体レーザの特色として、ｐ形ＩｎＰｔ流ブロック層
６にプロトンが注入されて低濃度化されていることであ
るが、素子の容量を測定したところ１０ｐＦ程度であっ
た。

このことから、ｎ形ＩｎＰ　を流閉じ込め層５と、ｐ形
ＩｎＰ電流ブロック層６との間に形成されたｐｎ接合の
窒乏層が、ｐ形ＩｎＰ電流ブロック層６全体に拡がって
いると液Ｊして得られたｐ形１ｎＰ電流ブロック層６の
キャリア濃度は２Ｘ１０　　ｃｍ　　程度であった。こ
の様に低い素子容量を有することから、良好な変調特性
が得られた。発振閾値の２倍にバイアスして測定した小
信号周波数応答特性は、６ＧＨｚ　ノ３　ｄＢ低下帯域
を示した。ランダムパルス電流変調では２　Ｇｂ／Ｓの
良好な被変調波形が得られた。ｎ側電極２０、ｐ側電極
２１ともに表面全体に形成されているため局所的な歪等
が入りにくい構造になっている。従って、信頼性も良好
であシ、７０℃の高温で、１０ｍＷの一定光出力を出す
ニーソング試験を行った結果、１０００時間経過後も、
目立った駆動電流の増加もなく極めて安定に動作した。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によればｐ形１ｎＰ電流ブロック層
６に、プロトン注入を行い低濃度化することで、素子容
量を低減でき、良好な高周波特性を示す半導体レーザを
得ることができる。また、プロトン注入は、ｐ形ＩｎＰ
［流ブロック層６の下のｎ形ＩｎＰ＠流閉じ込め層５の
濃度が高いため、選択的に、ｐ形１ｎＰ電、流ブロック
層６のキャリア濃度のみを低減きせることか可能となシ
、このｐ形ＩｎＰ　を流プロ、り層６をウェファの全面
に形成したのち、溝３０を設けその中にＩｎＧａＡｓＰ
活性層９の発光領域２を形成するために、発光領域２の
極めて近傍にまで、低濃度のｐ形ＩｎＰ電流ブロック層
６が自動的に形成されることになって、素子特性に優れ
再現性が良好な半導体レーザを提供できる効果を有する
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、高周波特性に優れた半導体レーザの模式断面
図、第２図は本発明の実施例を示す斜視図、第３図（、
）〜（ｄ）は本発明の半導体レーザの製造工程を工程順
に示す断面図である。 図中１はｐ形ＩｎＰ基板、２は発光領域、３はクラッド
層、４は電流ブロック領域、５はｎ形１ｎＰ電流閉じ込
め層、６はｐ形ＩｎＰ＠流ブロック層、８はｐ形ＩｎＰ
バッファ層、９はＩｎＧａＡｓＰ活性層、１０はｎ形Ｉ
ｎＰクラッド層、２０はｎ側電極、２１Ｆｉｐ側電極で
ある。 第１図 第２図 第３図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）第一導電形の半導体基板上に形成された第二導電
   形の電流閉じ込め層及びプロトン注入が行なわれた低濃
   度の電流ブロック層とを貫く深さの溝を埋めて、前記基
   板上に、第一導電形のバッファ層と、活性層及び第二導
   電形のクラッド層との積層を有することを特徴とする半
   導体レーザ。
2. （２）ｐ形ＩｎＰ基板上に、ｎ形ＩｎＰ電流閉じ込め層
   、ｐ形ＩｎＰ電流ブロック層を積層した後、少くとも前
   記ｐ形ＩｎＰ電流ブロック層にプロトン注入を行って低
   濃度化し、更に、前記ｐ形ＩｎＰ基板に到達するまでの
   溝を設けた後、少くともｐ形ＩｎＰバッファ層、ＩｎＧ
   ａＡｓＰ活性層、ｎ形ＩｎＰクラッド層を順次積層させ
   ることを特徴とする半導体レーザの製造方法。