JPS6356983A - 半導体レ−ザ装置 - 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〕 本発明は半導体レーザ装置に関する。

〔従来の技術］ ■−ｖ族化合物を用いた発光ダイオード、フォトダイオ
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。

半導体レーザの高速化を図るには、発光領域である活性
層以外の余分な容量（寄生容量）を小さくすることによ
る高周波信号の漏れの低減が重要であることが、「昭５
８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に於て、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、活性層の直上の半導体
装置層以外の領域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　Ｇｂ／Ｓ程度の高速での変調が可能
になっている。

（発明が解決しようとする問題点〕 しかし、光通信用の光源として１重用される高性能な埋
め込み型半導体レーザに於ては、ｐ−ｎ接合が活性層の
周囲に分布しており、そのｐ−ｎ接合容量が大きく半導
体層の抵抗を介して高周波電流は活性層以外の領域に漏
れてしまう。このため半導体層表面に５ｉ０２等の絶縁
膜を形成するだけでは、超高速半導体レーザを得る事が
出きなかった。又、ＳｉＯ□自体も容量を持っており、
例えば通常の半導体レーザ素子の寸法程度の面積（３０
０”＜２５０Ｊ１ｍ２）に厚さ３０００人程度の５ｉ０
２膜を形成した場合、５ｉ０２自身の持つ容量は１０ｐ
Ｆ程度となり、５ＧＩｌｚ以上の高周波変調に際しては
十分に小さな容量とは言えない。さらに、ＳｉＯ□と半
導体との熱膨張率は一桁程度違うのでＳｉＯ□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
響を与えていた。

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し、かつ、活性層に通じる
電流径路以外を高抵抗化することにより、高周波電流を
効果的に活性層に集中し、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。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の半導体レーザ装置は、第１の導電型の半導体基
板上に第１の導電型のバッファ層および活性層並びに第
２の導電型のクラッド層およびコンタクト層をこの順に
含むように積層しほぼ中心に突起部のみを残して周囲が
少なくとも前記バッファ層に達するまで除去された半導
体多層膜と、前記突起部の周辺の前記半導体多層膜を除
去した部分に順次に積層された第１の高抵抗層および不
純物拡散速度がこの第１の高抵抗層よりも遅いス１ヘツ
ブ層と、前記コンタクト層および前記ス１へ・・ノブ層
の上部に順次に積層された第２の高抵抗層おＪ：びキャ
ップ層と、この第２の高抵抗層およびキャップ層の前記
突起部の上部で前記コンタクト層まて′に設けられた拡
散領域とを含んで構成されろ、 〔作用〕 本発明は上記のように構成することにより、発光領域で
ある活性層の周囲は第１の高抵抗層のみとなる。従−で
、活性層の周囲には接合容量は殆んどなく、又、僅かに
容量が存在しても周囲が第１の高抵抗層で覆われている
ので、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
装置となる。さらに、第１および第２の高抵抗層の間に
は、不純物拡散速度が高抵抗層よりも遅いストップ層が
存在する。従って、中央の突起部の上に不純物拡散を行
い低抵抗の拡散領域を形成する際にスｌ−ツブ層が拡散
のストツベとなる為、活性層の周囲の高抵抗層は高抵抗
が保存され、歩留り良く高速の半導体レーザを得ること
ができる。

〔実施例〕

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。

ｎ　−］ｎＰ基板１上にｎ　−１ｎＰバ’Ｖファ層２、
ＩｎＧａ＾ｓＰ活性層１１、ｐ−１ｎＰクラッド層１２
、ｐ４−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１３が順次中央の
突起部には形成されている。この突起部はＩｎＰ高抵抗
層３、ＩｎＧａＡｓＰスト７１層４で埋め込まれており
、更にその上を全体に渡ってＩｎＰ高抵抗層５、ＩｎＧ
ａ人ｓＰキャップ層７が順次形成されている。

不純物拡散は中央の突起の上の部分にのみ行い且つｐ　
＋−１ｎＧａＡｓＰコンタクト層］３で止める必要があ
る（Ｚｎ拡散領域８）。不純物拡散がコン２７１〜層１
３を越えると、ＩｎＰ高抵抗層３に拡散が起こり、抵抗
が低下し、ｐ　−１ｎＰクラッド層１２に拡散が起こり
、信頼性が低下するので、これらを防止する為である。

ここでは、ＩｎＧａＡｓＰの方がＩｎＰよりも不純物拡
散速度が遅いことを利用しており、ある程度の拡散時間
制拉口で再現性良く拡散深さを制御可能である。さらに
ＴｎＰ高抵抗層３．５は２層の構造で厚く出来る為に同
じ品質の高抵抗埋め込み層を用いても、より高い高抵抗
が得られる。この構造では、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１
の周囲は高抵抗半導体層３であるので、電極金属９から
注入された信号電流は殆んど全て］ｎＧａＡｓＰ活性層
１１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＞に本実施例の製作工程を示す。

先ず、第２図（ａ）に示すようにｎ−１ｎＰ基板］」二
にＭ〇−ＣＶＤ装置を用いてｎ−１ｎｌ’バッファ層２
を約２　μｍ　、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１ｆ！：約０
．１μｒｎ、ｐ−１ｎｌ’クラッド層］２を約１μｒｎ
、ｐ　”−ＩｏＧａＡｓＰコンタクト層１３を約１μｍ
順次成長させる。

次に、第２図（ｂ　＞に示すよう、に窒化シリコン（Ｓ
ｉＮ）膜１４をマスクとして＜　１１０　＞方向に約３
μｍの深さまでエツチングを行い突起部を形成する。こ
の時、１ｎＧａＡｓＰ活性層１１の幅が１．５〜２．０
μｍになるようにＳｉＮ膜１４の幅を決定しておく。な
お、本実施例では、この時エツチング液としてブロムメ
チル溶液（ブロム０．２ｒｃとメチルアルコール弓００
ＣＣの混合溶液）を用いたので中央部の突起は逆メサ状
の形状になっているが、本発明では突起部の形状を問題
としない）。その後、ＳｉＮ膜１４を残したままＭ　Ｏ
−Ｃ’ｖ’　Ｄ装置を用いてＩｎＰ高抵抗層３を約２．
５μｍとＩｎＧａ人ｓＰス１〜・ツブ層１１を約１μｍ
順次成長させる。この時、中央の突起の上にはエツチン
グマスクとして使用したＳｉＮ膜１４が残っているので
、第２図（Ｃ）に示すようにこのＳｉＮ膜１４の上には
ＩｎＰ高抵抗層３、ＩｎＧａＡｓＰストップ層・１は形
成されない。

次に、バッフアート弗酸含用いてＳｉＮ膜１４を除去し
た後、再度ＭＯ−ＣＶＤ装置を用いて第２図（ｄ）に示
すようにＩｎＰ高抵抗層５を約１．　ｔｌ［［１、ｐ　
−ＩｎＧａＡｓキャップ層７を約０．５７ｔｍ順次全面
に渡って形成する。

第２図（ｂ）に示す工程で形成した突起部の上部に第２
図（ｅ）のＺｎ拡散領域８を形成する為に、５ｉ０２を
マスクとして幅約７　ノ１ｒｎの領域に亜ｊ））を拡散
し低抵抗領域を形成する。この時、高周波特性の良い半
導体レーザを得る為にはＩｎｐ高抵抗層３は出来るだけ
高抵抗であることが望ましく、従って拡散工程の際にＺ
ｎのＩｎｐ高抵抗層３への拡散を防止する必要がある。

この構造の場合、ＩｎＰ高抵抗層５と３の間には、Ｉｎ
ＧａＡｓＰスト７１層４若しくはｐ”　　ＩｎＧａｂＰ
層１３が存在する。Ｉｎ拡散はＩｎＰ中で速く、１ｐＧ
ａへｓＰ中で遅い為、拡散時間を長くすることにより再
現性良く拡散フロントはＩｎＰ高抵抗層３に入る事な（
ｐ　”−１ｎＧａＡｓＰコンタクト層１３又はＩｎＧａ
ＡｓＰスト７１層４で止める事が出来る。

最後に厚さ１４０μＩｎ程度に研磨し、電極金属９．１
０を蒸着し、４００℃程度の熱処理を行ってプロセスを
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融着を行って半導体レーザを
組み立てた。

本実施例の半導体レーザは、ＩｎＧａＡｓＰ活性層１１
の両脇はＩｎＰ高抵抗層３で覆われており、ｐｎ接合等
による余分な容量が殆んど存在しない為に、電極金属９
から供給された電気信号は殆んど全てＩｎＧａＡｓＰ括
活性層１１に集中する。従って高周波特性に優れた半導
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於て
、変調された光出力が１５ｄＢ低下する周波数として１
０ＧＩ＋７．以上の値が得られた。

この周波数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
との思われる。

以七本実施例に於てはファブリ・ペ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を行え
ば単一波長で発振する分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ
レーザ）にも容易に適用できる。すなわち、ｎ　−１ｎ
Ｐ基板１上の＜　１１０　＞方向にグレーティングを形
成し、ｎ　−１ｎＩ’ハ・ソファ層２の代りにｎ　−１
ｎＧａＡｓＰガイド層をＱ、ｌμｒｎ成長し、後は第２
図に示す実施例の場合と同様のプロセスで作製すること
が出来る。この変更により、周波数応答特性に優れ、か
つ単一波長で発振する半導体レーザ装置を得ることがて
きる。

又、第１図および第２図に示す実施例に於てはＩｎＧａ
ＡｓＰ系半導体レーザを用いたが、他の材料、例えばＧ
ａｋｌ　Ａｓ系等の半導体レーザにも適用可催である。

し発明の効果〕 以上説明したように本発明は、発光領域近傍以外の部分
を高抵抗層で覆うことにより、半導体レーザ内部の寄生
容量を極力除去することが可能になる。又、高抵抗層の
上に不純物拡散を防ぐためのストッパ層を設けた為に、
不純物拡散のプロセスの際に、高抵抗層が拡散により高
抵抗層損うことなく且つ再現性良くプロセスを行うこと
ができるようになる。さらに５ｉ０２等の誘電体膜を使
用しない為、信頼性の点についても大幅に向上する。

以上の観点から本発明により、１０Ｇｔｌｚ以上の変調
帯域を有し、かつ信頼性にも優れる超高速半導体ドーザ
を容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構造を示す断面図、第２図
は（ａ　）〜（ｅ）は第１図に示す実施例の製作工程を
１１１１に示す断面図である６１　・＝　ＩｎＧａＡｓ
１’活性層、３．５・−ＩｎＰ高抵抗層、４　・−・Ｉ
ｎＧａＡｓＰスト’ｙブ層、１３−　ｐ　”　−ｌ１Ｇ
ａＡｓニア〉′タクＩ−層、８−Ｉｎ拡散領域、７−　
ｐ−１ｎＧａＡｓＰキャップ層。 ２−一＼、 ／−循゛ 代理人　弁理士　内　原　　昔１、゛ 、゛・九・、／ ′＼−ノ （ａ） 第　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の導電型の半導体基板上に第１の導電型のバッファ
   層および活性層並びに第２の導電型のクラッド層および
   コンタクト層をこの順に含むように積層しほぼ中心に突
   起部のみを残して周囲が少なくとも前記バッファ層に達
   するまで除去された半導体多層膜と、前記突起部の周辺
   の前記半導体多層膜を除去した部分に順次に積層された
   第１の高抵抗層および不純物拡散速度がこの第１の高抵
   抗層よりも遅いストップ層と、前記コンタクト層および
   前記ストップ層の上部に順次に積層された第２の高抵抗
   層およびキャップ層と、この第２の高抵抗層およびキャ
   ップ層の前記突起部の上部で前記コンタクト層までに設
   けられた拡散領域とを含むことを特徴とする半導体レー
   ザ装置。