JPS6331187A - 半導体レ−ザ装置 - Google Patents
半導体レ−ザ装置Info
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体レーザ装置の構造に関する。
■−Ｖ族化合物を用いた発光ダイオード１フオトダイオ
ード、半導体レーザ等の光半導体素子が作製され、光フ
アイバ通信、光情報処理のキーデバイスとして用いられ
ている。特に、半導体レーザは長距離、大容量光ファイ
バ通信システムの開発、実用化を実現する上で最も重要
な素子であり、特に近年高速化の検討が鋭意進められて
いる。
ード、半導体レーザ等の光半導体素子が作製され、光フ
アイバ通信、光情報処理のキーデバイスとして用いられ
ている。特に、半導体レーザは長距離、大容量光ファイ
バ通信システムの開発、実用化を実現する上で最も重要
な素子であり、特に近年高速化の検討が鋭意進められて
いる。
ところで、半導体レーザの高速化を図るには、発光領域
である活性層領域以外の余分な容量（寄生容量）の低減
が重要であることが、「昭和５８年度春季電子通信学会
総合全国大会講演論文集」〜の論文番号９１８において
、小林等によって指摘されている。この寄生容量を低減
させるには、電流を注久する領域以外の半導体表面に比
較的誘電率の小さな５ｉ０２等の絶縁膜を形成すれば良
く、このようにすることによって半導体レーザは２ Ｇ
ｂ／Ｓ程度以上の高速での変調が可能になる。
である活性層領域以外の余分な容量（寄生容量）の低減
が重要であることが、「昭和５８年度春季電子通信学会
総合全国大会講演論文集」〜の論文番号９１８において
、小林等によって指摘されている。この寄生容量を低減
させるには、電流を注久する領域以外の半導体表面に比
較的誘電率の小さな５ｉ０２等の絶縁膜を形成すれば良
く、このようにすることによって半導体レーザは２ Ｇ
ｂ／Ｓ程度以上の高速での変調が可能になる。
しかし、高性能な埋め込み形半導体レーザにおいては、
ｐ−ｎ接合が活性層の周囲に分布しており、そのｐ−ｎ
接合容量が大きいため半導体層表面にＳ ｉ０２等の絶
縁膜を形成するだけでは容量低減が十分に図れない。又
、５ｉ０２自体ら容量を持っており、例えば通常の半導
体レーザの素子寸法程度の面積（３００Ｘ２５０μｍ２
）に厚さ３００人程度のＳｉＯ□膜を形成した場合、Ｓ
ｉＯ□の持つ容量は１０ｐＦ程度となり、５ ＧＨｚ以
上の変調に際しては十分小さな値とは言えない。さらに
、５ｉ０２と半導体との熱膨張率は一桁程度違うので、
５ｉ０２形成後に半導体内部に歪が残り、半導体レーザ
の信頼性に悪い影響を与えている。
ｐ−ｎ接合が活性層の周囲に分布しており、そのｐ−ｎ
接合容量が大きいため半導体層表面にＳ ｉ０２等の絶
縁膜を形成するだけでは容量低減が十分に図れない。又
、５ｉ０２自体ら容量を持っており、例えば通常の半導
体レーザの素子寸法程度の面積（３００Ｘ２５０μｍ２
）に厚さ３００人程度のＳｉＯ□膜を形成した場合、Ｓ
ｉＯ□の持つ容量は１０ｐＦ程度となり、５ ＧＨｚ以
上の変調に際しては十分小さな値とは言えない。さらに
、５ｉ０２と半導体との熱膨張率は一桁程度違うので、
５ｉ０２形成後に半導体内部に歪が残り、半導体レーザ
の信頼性に悪い影響を与えている。
本発明の目的は、この様な問題点を解決し、半導体レー
ザ内部の接合容量を極力低減させ、さらにＳｉＯ□等の
誘電体膜を使用せずに超高速変調可能でかつ高信頼な半
導体レーザ装置を提供することにある。
ザ内部の接合容量を極力低減させ、さらにＳｉＯ□等の
誘電体膜を使用せずに超高速変調可能でかつ高信頼な半
導体レーザ装置を提供することにある。
本発明の半導体レーザ装置は、半絶縁性基板上に、少な
くとも第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体
層、コンタクト層を含む半導体多層膜を設け、この半導
体多層膜のほぼ中心にのみ逆メサ状の突起が残る様に周
囲を少なくとも第１導電型半導体層に達するまでエツチ
ングを行って除去した半導体多層膜基板の逆メサ状の突
起の片側にのみ高抵抗半導体層を形成したことを特徴と
する。さらに、選択的にエツチングを行う事により活性
層の幅を狭くし、エツチングされた活性層の部分にこの
活性層よりも屈折率の小さな第１または第２導電型半導
体を埋めこんでもよい。
くとも第１導電型半導体層、活性層、第２導電型半導体
層、コンタクト層を含む半導体多層膜を設け、この半導
体多層膜のほぼ中心にのみ逆メサ状の突起が残る様に周
囲を少なくとも第１導電型半導体層に達するまでエツチ
ングを行って除去した半導体多層膜基板の逆メサ状の突
起の片側にのみ高抵抗半導体層を形成したことを特徴と
する。さらに、選択的にエツチングを行う事により活性
層の幅を狭くし、エツチングされた活性層の部分にこの
活性層よりも屈折率の小さな第１または第２導電型半導
体を埋めこんでもよい。
本発明の構成によれば、発光領域である活性層の周囲に
は高抵抗の半導体層と僅かな半導体層があるのみである
。従って、活性層の周囲にはｐ−ｎ接合等による寄生容
量が殆んど存在しないので、ＳｉＯ□等の誘電体膜を形
成しなくとも半導体レーザの内部を流れる信号電流は殆
んど全て活性層に供給され、高周波特性の優れた半導体
レーザ装置が得られる。
は高抵抗の半導体層と僅かな半導体層があるのみである
。従って、活性層の周囲にはｐ−ｎ接合等による寄生容
量が殆んど存在しないので、ＳｉＯ□等の誘電体膜を形
成しなくとも半導体レーザの内部を流れる信号電流は殆
んど全て活性層に供給され、高周波特性の優れた半導体
レーザ装置が得られる。
次に、図面により本発明の詳細な説明する。
第１図は本発明の実施例を示したものである。
半絶縁性基板２上にｎ −１ｎＰバッファ層３、ＩｎＧ
ａＡｓＰ活性層１ 、ｐ−ＩａＰクラッド層４、Ｐ
ＴｎＧａＡｓＰコンタクト層５が順次形成されている。
ａＡｓＰ活性層１ 、ｐ−ＩａＰクラッド層４、Ｐ
ＴｎＧａＡｓＰコンタクト層５が順次形成されている。
ここで中央部の突起を逆メサ状に形成した理由は、電極
金属６及び７を１回の蒸着課程で済ます為である。即ち
、逆メサの影になっている部分は蒸着されないため電極
金属６と７が一度に分離して形成できる。この構造では
、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１の周囲な高抵抗半導体層９又
は僅かなｎ −１ｎＰ層１０であるので、電極金属６か
ら注入された信号電流は殆んど全て１ｎＧａＡｓＰ活性
層１に流れ、従って高周波応答に優れた構造となる。
金属６及び７を１回の蒸着課程で済ます為である。即ち
、逆メサの影になっている部分は蒸着されないため電極
金属６と７が一度に分離して形成できる。この構造では
、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１の周囲な高抵抗半導体層９又
は僅かなｎ −１ｎＰ層１０であるので、電極金属６か
ら注入された信号電流は殆んど全て１ｎＧａＡｓＰ活性
層１に流れ、従って高周波応答に優れた構造となる。
第２図（ａ）〜（ｅ）に本実施例の半導体レーザの製作
工程を示す。
工程を示す。
先ず第２図（ａ）に示すように、半絶縁性基板２上にＭ
Ｏ−ＣＶＤ装置を用いてｎ−ＩロＰバッファ層３を２μ
ｍ、ＩｎＧａＡｓ活性層１を０．１μｍ、ｐ −１ｏＰ
クラッド層４を５μｍ −ｐ −ＩｏＧａ人ｓＰコンタ
クト層５を１．５μｍ順次成長させる０次に、第２図（
ｂ）に示すように、５ｉ０２１１をマスクとして＜１１
０＞方向にｎ −１ｎＰバッファ層３に達するまで半導
体多層膜基板のほぼ半分をエツチングする。この時のエ
ツチング面積は、後で第２図（ｄ）の工程で活性層１の
幅が約１．５μｍとなり、活性層１の位置がほぼ中央に
なるように設定しておく。又、５ｉ０２１１をマスクと
して、エツチング液としてブロムメチル液（ブロム０．
２ｃｃとメチルアルコール１００ｃｃの混合液）を用い
ているので、第２図（ｂ）に示す様に逆メサの工・ンチ
ング面が形成できる。その後にＩｎＧａＡｓＰ活性層１
の選択的エツチング液である硫酸系エッチャント（水１
、過酸化水素水１、硫酸１の割合の混合液）を用いてＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層１を約１μｍＭ択的にエツチングを
行う０次に、通常のマストランスポート法（「アプライ
ド・フィジックス・レター（人ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅしｔｅｒｓ）」 ４ ０巻、 ７号
（１９８２年）の５６８〜５７０頁参照）によりｎ−Ｉ
ｏＰ層１３を形成する。その後、このエツチングされた
部分にＭ〇−ＣＶＤ装置を用いて高抵抗ＩｏＰ層９を埋
め込む。この時５ｉ０２の上にはＩｏＰは成長せず第２
図（ｃ）に示す様にエツチングされた部分のみに還択的
に高抵抗層を埋め込むことが出来る０次に、マスクであ
る５ｉ０２１１をバッフアート弗酸で除去した後、再び
５ｉ０２１２をマスクとして前述したブロムメチル液を
用いて右半分をｎ−ＩｎＰバッファ層３に達するまでエ
ツチングする。その後、前記と同様に硫酸系エッチャン
トでｆＧａＡｓＰ活性層１の右側を約１μｍエツチング
を行い、マストラスポート法によりｎ −１［ＩＰ層１
４を形成する。この時、活性層１の幅が約１．５μｍに
なる様にエツチングを行う、最後にｎ側電極６とｎ側電
極７を同時に蒸着する。ここでは蒸着金黒としてＣ「と
人ｕを抵抗加熱真空蒸着法により順次蒸着した。真空蒸
着法では高真空中で蒸着を行うために、蒸発した金属は
蒸着源からほぼ直線的に進む。従って、蒸着源を第２図
（ｄ）の左斜め上になるようにして蒸着を行えば第２図
（ｅ）に示す通り、ｎ側電極６とｎ（ｉＴｌ電極７を同
時にしかも分離して形成できる。更に３８０″Ｃの水素
雰囲気中で５分間熱処理を行い、半絶縁性基板２側の鏡
面研磨を行い厚さ約１５０μｍにした後、融着用金属８
としてＴｉ、Ａｕを順次形成してプロセスを終了する。
Ｏ−ＣＶＤ装置を用いてｎ−ＩロＰバッファ層３を２μ
ｍ、ＩｎＧａＡｓ活性層１を０．１μｍ、ｐ −１ｏＰ
クラッド層４を５μｍ −ｐ −ＩｏＧａ人ｓＰコンタ
クト層５を１．５μｍ順次成長させる０次に、第２図（
ｂ）に示すように、５ｉ０２１１をマスクとして＜１１
０＞方向にｎ −１ｎＰバッファ層３に達するまで半導
体多層膜基板のほぼ半分をエツチングする。この時のエ
ツチング面積は、後で第２図（ｄ）の工程で活性層１の
幅が約１．５μｍとなり、活性層１の位置がほぼ中央に
なるように設定しておく。又、５ｉ０２１１をマスクと
して、エツチング液としてブロムメチル液（ブロム０．
２ｃｃとメチルアルコール１００ｃｃの混合液）を用い
ているので、第２図（ｂ）に示す様に逆メサの工・ンチ
ング面が形成できる。その後にＩｎＧａＡｓＰ活性層１
の選択的エツチング液である硫酸系エッチャント（水１
、過酸化水素水１、硫酸１の割合の混合液）を用いてＩ
ｎＧａＡｓＰ活性層１を約１μｍＭ択的にエツチングを
行う０次に、通常のマストランスポート法（「アプライ
ド・フィジックス・レター（人ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ Ｌｅしｔｅｒｓ）」 ４ ０巻、 ７号
（１９８２年）の５６８〜５７０頁参照）によりｎ−Ｉ
ｏＰ層１３を形成する。その後、このエツチングされた
部分にＭ〇−ＣＶＤ装置を用いて高抵抗ＩｏＰ層９を埋
め込む。この時５ｉ０２の上にはＩｏＰは成長せず第２
図（ｃ）に示す様にエツチングされた部分のみに還択的
に高抵抗層を埋め込むことが出来る０次に、マスクであ
る５ｉ０２１１をバッフアート弗酸で除去した後、再び
５ｉ０２１２をマスクとして前述したブロムメチル液を
用いて右半分をｎ−ＩｎＰバッファ層３に達するまでエ
ツチングする。その後、前記と同様に硫酸系エッチャン
トでｆＧａＡｓＰ活性層１の右側を約１μｍエツチング
を行い、マストラスポート法によりｎ −１［ＩＰ層１
４を形成する。この時、活性層１の幅が約１．５μｍに
なる様にエツチングを行う、最後にｎ側電極６とｎ側電
極７を同時に蒸着する。ここでは蒸着金黒としてＣ「と
人ｕを抵抗加熱真空蒸着法により順次蒸着した。真空蒸
着法では高真空中で蒸着を行うために、蒸発した金属は
蒸着源からほぼ直線的に進む。従って、蒸着源を第２図
（ｄ）の左斜め上になるようにして蒸着を行えば第２図
（ｅ）に示す通り、ｎ側電極６とｎ（ｉＴｌ電極７を同
時にしかも分離して形成できる。更に３８０″Ｃの水素
雰囲気中で５分間熱処理を行い、半絶縁性基板２側の鏡
面研磨を行い厚さ約１５０μｍにした後、融着用金属８
としてＴｉ、Ａｕを順次形成してプロセスを終了する。
次に、共振器長が３００μｍになる様にへき開を行い、
ストリップライン上に直接半絶縁性基板２を下にして融
着して半導体レーザを組み立てた。
ストリップライン上に直接半絶縁性基板２を下にして融
着して半導体レーザを組み立てた。
本実施例の半導体レーザは、活性層１の発光領域近傍以
外は高抵抗層９と僅かな領域の半導体層で覆われており
、ｐｎ接合等による余分な容量が殆んどない為にｎ側電
極６から供給された電気信号は殆んど活性層１に集中す
る。従って、高周波特性の優れた半導体レーザ装置が得
られる。
外は高抵抗層９と僅かな領域の半導体層で覆われており
、ｐｎ接合等による余分な容量が殆んどない為にｎ側電
極６から供給された電気信号は殆んど活性層１に集中す
る。従って、高周波特性の優れた半導体レーザ装置が得
られる。
本実施例の半導体レーザ装置の小信号周波数特性を測定
した結果、発振しきい値の２倍のバイアス電流値におい
て、変調された光出力が１．５ｄＢ低下する周波数とし
て１ＱＧＨｚ以上の値が得られた。この値は短共振器化
による光子密度の増加。
した結果、発振しきい値の２倍のバイアス電流値におい
て、変調された光出力が１．５ｄＢ低下する周波数とし
て１ＱＧＨｚ以上の値が得られた。この値は短共振器化
による光子密度の増加。
冷却による微分利得の増大等により、更に高い値になる
ものと思われる。
ものと思われる。
第３図（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施例分製作工
程順に示す断面図である。第１の実施例と工程はほぼ同
じであるが、活性層１の両脇をマストランスポート法に
より埋め込んでいない点が異なっている。即ち、第３図
（ｂ）に示す様にブロムメチル溶液で逆メサにエツチン
グした後に高抵抗ＩｏＰ層９を埋め込む。次に、第３図
（ｄ）に示す様に右側をエツチングする。この時１ｎＧ
ａＡｓＰ活性層１の幅は約１．５μｍになる様にする。
程順に示す断面図である。第１の実施例と工程はほぼ同
じであるが、活性層１の両脇をマストランスポート法に
より埋め込んでいない点が異なっている。即ち、第３図
（ｂ）に示す様にブロムメチル溶液で逆メサにエツチン
グした後に高抵抗ＩｏＰ層９を埋め込む。次に、第３図
（ｄ）に示す様に右側をエツチングする。この時１ｎＧ
ａＡｓＰ活性層１の幅は約１．５μｍになる様にする。
最後に電極を形成して工程を終了する。
本実施例に於ては、活性層１の周囲にはｐ−ｎ接合が存
在しない為、高周波特性がより優れた素子が得られる。
在しない為、高周波特性がより優れた素子が得られる。
以上、第１．第２の実施例においては、ファブリベロー
型半導体レーザについて示したが、次に述べる点につい
て変更登行えば羊−波長で発振する分布帰還反射型半導
体レーザ（ＤＦＢレーザ）も容易に得られる。すなわち
、ｎ −ＩｎＰｎツバ１フフ し、ＩｏＧａＡｓＰ活性層１を成長する前にｎ − １
ａＧａＡｓＰガイド層を０．１μｍ成長し、後は、第１
の実施例の場合と同様のプロセスで作製することができ
る．この変更により、周波数応答特性の優れた単一波長
で発振する半導体レーザ装置が得られる。
型半導体レーザについて示したが、次に述べる点につい
て変更登行えば羊−波長で発振する分布帰還反射型半導
体レーザ（ＤＦＢレーザ）も容易に得られる。すなわち
、ｎ −ＩｎＰｎツバ１フフ し、ＩｏＧａＡｓＰ活性層１を成長する前にｎ − １
ａＧａＡｓＰガイド層を０．１μｍ成長し、後は、第１
の実施例の場合と同様のプロセスで作製することができ
る．この変更により、周波数応答特性の優れた単一波長
で発振する半導体レーザ装置が得られる。
又、実施例に於てはＩｎＧａＡｓＰ系半導体レーザを用
いたが、他の材料、例えばＧａ人２人Ｓ系統の半導体レ
ーザにも適用可能である。
いたが、他の材料、例えばＧａ人２人Ｓ系統の半導体レ
ーザにも適用可能である。
以上説明したように本発明によれば、多層半導体ウェハ
を用い、発光領域近傍以外の部分を高低抗層と空気で覆
うことにより、半導体レーザ内部の寄生容量を除去可能
となり、かつ５ｉ０２等の誘電体膜を使用しない為、１
ＱＧｌ（ｚ以上の変調帯域を有し、信顆性に優れる超高
速半導体レーザ装置が容易に得られる。
を用い、発光領域近傍以外の部分を高低抗層と空気で覆
うことにより、半導体レーザ内部の寄生容量を除去可能
となり、かつ５ｉ０２等の誘電体膜を使用しない為、１
ＱＧｌ（ｚ以上の変調帯域を有し、信顆性に優れる超高
速半導体レーザ装置が容易に得られる。
第１図は本発明の第１の実施例の構造を示す断面図、第
２図は第１の実施例の製作工程を示す断面図、第３図は
本発明の第２の実施例の製作工程を示す断面図である。 １・・・ＩｏＧａＡｓＰ活性層、２・・・半絶縁性基板
、３・・・ｎ −１ｎＰバッファ層、４・・・ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層、５ ・−ｐ −１ｎＧａ人ｓＰコンタク
ト層、６−ｐ （！ｌｊ電極、７・・・ｎ側電極、８・
・・融着用金属、１１．１２・・・５ｉ０２、１ ３．
１ ４＝・ ｎ−１ａＰ 層。 代理人 弁理士 内 原 ヨ、。 革／凶 （己〕
２図は第１の実施例の製作工程を示す断面図、第３図は
本発明の第２の実施例の製作工程を示す断面図である。 １・・・ＩｏＧａＡｓＰ活性層、２・・・半絶縁性基板
、３・・・ｎ −１ｎＰバッファ層、４・・・ｐ−Ｉｎ
Ｐクラッド層、５ ・−ｐ −１ｎＧａ人ｓＰコンタク
ト層、６−ｐ （！ｌｊ電極、７・・・ｎ側電極、８・
・・融着用金属、１１．１２・・・５ｉ０２、１ ３．
１ ４＝・ ｎ−１ａＰ 層。 代理人 弁理士 内 原 ヨ、。 革／凶 （己〕
Claims (2)
- （１）半絶縁性基板上に、少なくとも第１導電型半導体
層、活性層、第２導電型半導体層、コンタクト層を含む
半導体多層膜を設け、この半導体多層膜の周囲を少なく
とも前記第１導電型半導体層に達するまで除去して中央
部に逆メサ状の突起を設け、この逆メサ状突起の片側に
高抵抗半導体層を設けたことを特徴とする半導体レーザ
装置。 - （２）前記逆メサ状の突起部分の活性層の両側部を除去
して活性層の幅を狭くし、該両側部の除去した部分に活
性層よりも屈折率の小さな第１もしくは第２導電型の半
導体層を埋め込んだ特許請求の範囲第（１）項記載の半
導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17502386A JPS6331187A (ja) | 1986-07-24 | 1986-07-24 | 半導体レ−ザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17502386A JPS6331187A (ja) | 1986-07-24 | 1986-07-24 | 半導体レ−ザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6331187A true JPS6331187A (ja) | 1988-02-09 |
Family
ID=15988866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17502386A Pending JPS6331187A (ja) | 1986-07-24 | 1986-07-24 | 半導体レ−ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6331187A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2647967A1 (fr) * | 1989-06-06 | 1990-12-07 | Thomson Csf | Dispositif optoelectronique sur substrat semi-isolant et procede de realisation d'un tel dispositif |
| JP2000114589A (ja) * | 1998-09-30 | 2000-04-21 | Kyocera Corp | 半導体発光装置 |
| US20150241648A1 (en) * | 2014-02-27 | 2015-08-27 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor optical device and method for producing semiconductor optical device |
-
1986
- 1986-07-24 JP JP17502386A patent/JPS6331187A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2647967A1 (fr) * | 1989-06-06 | 1990-12-07 | Thomson Csf | Dispositif optoelectronique sur substrat semi-isolant et procede de realisation d'un tel dispositif |
| US5115283A (en) * | 1989-06-06 | 1992-05-19 | Thomson-Csf | Optoelectronic device on semi-insulator substrate and methods for making such a device |
| JP2000114589A (ja) * | 1998-09-30 | 2000-04-21 | Kyocera Corp | 半導体発光装置 |
| US20150241648A1 (en) * | 2014-02-27 | 2015-08-27 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor optical device and method for producing semiconductor optical device |
| US9482834B2 (en) * | 2014-02-27 | 2016-11-01 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor optical device and method for producing semiconductor optical device |
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