JPS6379392A - 埋込み構造半導体レ−ザの製造方法 - 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、高速変調動作する埋込み溝道半導体レーザの
製造方法に関する。

（従来の技術） 半導体レーザーは光フアイバー通信の光源として実用化
が始まっている。この用途に用いられる半導体レーザー
は、高速変調が可能でかつ高い効率で発振することが望
ましい。特に、光ファイバの低損失化の進展にともない
、１１００ｋを越える無中継伝送が可能となりつつある
ので、このような要請はより強くなっている。

高速変調を実現する半導体レーザとして、活性領域の左
右両側が高抵抗半導体で形成された埋込み溝道半導体レ
ーザがある。第２図は、この半導体レーザの断面図であ
る。このような構造の半導体レーザのｐ　（！１．１　
を極２６とｎ（！ｌｌｌ？ｌｔ極２７に通電すると、高
抵抗半導体はその抵抗率が非常に高いため電流ブロック
層として１動さ、電流は活性領域２１に集中して流れる
。この構造では、ｐｎ接合は活性領域２１を上下からは
さんだ幅約１ｐｍの領域にしか形成されない。その為こ
の半導体レーザの静電容量は約１ｐＦと非常に小さくな
り、電流ブロック層にｐｎ逆接合を用いた半導体レーザ
の静電容量に比べると約１７１０に低減出来る。従って
、時定数は非常に短かくなりＩ　Ｇｂ／ｓ以上の高速変
調が可能となる。

この半導体レーザの従来の製造方法は、アプライド・フ
ィジックス・レターズ（Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅ
ｔｔ、）。

４８巻、１９８６年、１５７２〜１５７３頁に詳述され
ている。

初めに、半導体基板２５上にｎバッファ層２３、活性領
域２１、ｐクラッド層２２、ｐキャップ層２８が積層さ
れたダブルへテロ（ＤＨ）結晶を通常の方法で得る。次
に高抵抗半導体を埋込むための溝を活性領域２１が横幅
約１ミクロンになるようにケミカルエツチングにより形
成する。この溝が形成されたＤＨ結晶を気相成長炉内に
設置し、成長温度に達するまでこのＤＨ結晶を昇温する
。この時の成長温度は通常６００〜７００°Ｃである。

成長温度に達すると同時に、高抵抗半導体２４の成長ガ
スを気相成長炉内に流し、高抵抗半導体２４の気相埋め
込み成長を行う。その後、通常の半導体レーザプロセス
を用いて、第２図に示す半導体レーザを得る。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の製造方法で製作された電流ブロック層に高抵抗半
導体２４を用いた埋込み構造半導体レーザでは、室温（
３０°Ｃ）における発振閾電流Ｉｔｈが２０〜３０ｍＡ
、最高動作温度Ｔｍが１００°Ｃであった。これらの値
は、電流ブロック層にｐｎ逆接合を用いた半導体レーザ
のＩｔｈが１５ｍ、Ａ、　Ｔｍが１３０°Ｃであること
を考えると、若干劣る。このように、従来の製造方法で
は、低閾電流、高温動作する半導体レーザが得られない
問題があった。

本発明の目的は、低閾電流、高温動作し、かつ高速変調
動作が可能な埋込み構造半導体レーザの製造方法を提供
することにある。

本発明は、活性領域が該活性領域の屈折率より低い屈−
折率を有し、かつ該活性領域の禁制帯幅より大きい禁制
帯幅を有する半導体で囲まれ、活性領域の上側の層およ
び下側の層のうち一方がｎ型、他方がｐ型で、かつ活性
領域の左右両側の埋め込み領域が高抵抗半導体で形成さ
れた埋込み構造半導体の製造方法において、高抵抗半導
体の気相埋込み成長直前に気相ガスエツチングを行うこ
とを特徴とする。

（作用） ＩＩＩ　−Ｖ族化合物半導体を高抵抗化するためにドー
ピングされる不純物元素には、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃ
ｒ）、コバルト（Ｃｏ）、バナジウロム（Ｖ）、チタニ
ウム（Ｔｉ）等がある。例えば、ＦｅがＩｎＰにドーピ
ングされるとＩｎＰの伝導帯下の深い位置に不純物準位
が形成される。この不純物準位がＩｎＰのキャリアを捕
獲して、キャリア濃度が激減し、ＩｎＰが高抵抗化する
。

この高抵抗半導体の気相成長法には、有機金属気相成長
法とハライド輸送気相成長法がある。

我々はハライド輸送気相成長法の中の■族原料を水素化
ガスとして輸送するハイドライド気相成長法を用いてＦ
ｅドープ高抵抗１ｎＰを成長した。基板にはＦｅドープ
高抵抗基板を用いた。成長温度、成長時の成長ガス濃度
を同じ条件とし、一方の成長では基板が成長温度に達す
ると同時にＦｅドープＩｎＰの成長を行なった。他方の
成長では基板が成長温度に達したときはじめに気相ガス
エツチングを行ない連続してＦｅドーフゴｎＰの成長を
行なった。気相ガスエツチングはＦｅドープＩｎＰ成長
ガス雰囲気にＨＣＩを添加じて行なった。

この成長層の抵抗率を成長層に電極を付けて測定したと
ころ前者は５Ωｃｍ、ガスエツチングを行なった後者で
は１０６ΩＣｍであった。この原因を明らかにするため
、この試料の膜厚方向の２次イオン質量分析を行なった
ところ、前者では基板と成長層界面にシリコン（Ｓｉ）
、酸素（０）、炭素（Ｃ）等の不純物が検出され、特に
Ｓｉは界面で１０１７以上の濃度であった。一方気相ガ
スエッチングを行なった方では、界面でのこれら不純物
はまったくみちれなかった。従って、気相ガスエツチン
グをしなかった方で抵抗率が極めて小さかったのは基板
界面にあるＳｉドープＩｎＰ層が高い導電性を示しこの
影響を受けたためと分かった。

以後の実験により基板と成長層で検出された不純物は基
板を成長装置に入れ成長温度までｙ−温しただけで、基
板表面に付着していることが分かつた。更に、気相成長
法に依らないことが分かった。

従来の埋込み溝道半導体レーザの製造方法では高抵抗半
導体の埋込み領域界面にこの導電層が形成されており、
半導体レーザに通電された電流の一部がこの導電層を流
れる。そのため、この半導体レーザは低閾電流で動作せ
ず、かつこの導電層は高温になるほど導電性が高まり高
温動作が得られない。

本発明の製造方法では埋込み層界面での導電層はなく、
得られる半導体レーザは低閾電流、高温動作が得られる
。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を説明するのに用いたハイド
ライド気相成長装置の概略図である。製作した半導体レ
ーザは第２図に示す構造である。まず、通常の結晶成長
方法（本実施例では液晶成長法）によりＤＨ結晶を得た
。このＤＨ結晶は活性領域２１がノンドープＩｎＧａＡ
ｓＰ（禁制帯幅Ｅｇ　＝　０．９５ｅＶ）、ｐクラッド
層２２が亜鉛（Ｚｎ）をＩ　Ｘ　１０”ｃｍ−３ドープ
したＩｎＰ、　ｐキャップ層２８がＺｎを８　Ｘ　１０
１”ｃｍ＝ドープしたＩｎＧａＡｓＰ（Ｅｇ＝　１．１
３ｅＶ）、ｎバッファ層２３が硫黄（Ｓ）をＩ　Ｘ　１
０１８ｃｍ−３ドープしたＩｎＰ層で構成されており、
半導体基板２５はＳが５　Ｘ　１０１１０ｌ８ドープさ
れたＩｎＰとした（この実施例では液晶成長法を用いた
が、気相成長法でもよい）。

このＤＩ結晶に埋込み領域となる溝を５ｉ０２の選択マ
スクを用いてケミカルエツチングにより形成した。その
時、活性領域の横幅は約１ｐｍとした。

その後、気相成長法を用いて哩込み領域へ高抵抗半導体
２４としてＦｅドープＩｎＰの埋込み成長を行った。埋
込み成長には、第１図に示したハイドライド気相成長装
置を用いた。先ず、溝の形成されたＤＨ結晶を成長装置
の待機室１９に設置し、加熱炉１８によりソースの置か
れた領域を８３０°Ｃ１成長温度を６００°Ｃになるよ
う加熱した。この時、供給管１４にＨ２キャリアガスに
ＰＨ３２５ｃｃ／ｍｉｎを加えて流した。

一方、Ｆｅを２０ｍｏ１％添加したＦｅ／Ｉｎソース１
５に供給管１１よりＨＣＩを３ｃｃ／ｍｉｎ含むＨ２キ
ャリアガス、Ｉｎソース１７に供給ｖ１３によりＨＣＩ
を７ｃｃ／ｍｉｎ含むＨ２キャリアガスを流した。導入
管１２にはＨ２キャリアガスにＰＨ３ＰＨ３１５ｃｃ７
及びＨＣＩ　５ｃｃ／ｍｉｎを供給した。この成長装置
では、導入管１２にＨＣＩを流すことにより気＋目ガス
エッチ雰囲気が形成され、ＭＣＩを停止するとＦｅドー
プ高抵抗１ｎＰ成長雰囲気が形成される。

成長温度が６００’Ｃに達したとき、ＤＨ結晶を成長室
１６に移動させ、先ず気相ガスエッチを行い、その後導
入管１２のＨＣｌの供給を止めＦｅドープＩｎＰの埋込
み成長を行った。成長後、ＤＨ結晶を待機室１９に移動
し降温した。埋込み成長されたＤＨ結晶は通常のレーザ
プロセスにより埋込み構造半導体レーザにした。

このレーザの室温における発振閾電流は１５ｍＡ、最高
動作温度は１２５°Ｃであり、低閾電流高温動作が実現
した。同時に、５ＧＨｚの高速動作が確認された。

上記実施例では、気相成長法にハイドライド気相成長法
を用いたが、他のハライド輸送気相成長法、例えば有機
金属気相成長法でも良い。

上記実施例においては、高抵抗半導体を得るための不純
物としてＦｅを用いたが、この不純物に限定されないの
゛は明らかである。

上記実施例では、活性領域に波長１．３ミクロンで発振
する組成のＩｎＧａＡｓＰを用いたが、この組成に限定
されないのは明らかである。

上記実施例では、高抵抗電流ブロック層１４にＩｎＰが
用いられたが、ＩｎＧａＡｓＰでも良い。

上記第１、第２の実施例では、ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ
半導体材料が用いられたが、ＧａＡｌＡｓノＧａＡｓ。

ＩｎＧａＡｌＡｓ／ＩｎＰ等の他のＩＩＩ　−Ｖ族半導
体材料がちなる半導体レーザーにも同様に適用可能であ
る。

上記実施例では、活性領域の上側の層をｐ型、下側の層
全ｎ型としたが、上側の層をｎ型、下側の層をｐ型とし
ても良い。

（発明の効果） 本発明の製造方法による埋込み構造半導体レーザは、低
閾値電流および高温で発振する。また、ｐｎ接合部がス
トライプ状の活性領域をはさんでしか形成されないため
高速の変調が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を説明するのに用いた気相
成長装置の概略図であり、第２図は、高抵抗半導体を有
する埋込み構造半導体レーザの断面図である。 １１．１３．１４・・・供給管、　　　１２・・・導入
管、１５−Ｆｅ／Ｉｎソース、　　　１６−・・成長室
、１７・・・Ｉｎソース、　　　　　１８・・・加熱炉
、１９・・・待機室、　　　　　２１・・・活性領域、
２２・・・ｐクラッド層、　　　２３・・・ｎバッファ
層、２４・・・高抵抗半導体、　　２５・・・半導体基
板、第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 活性層を、当該活性層の屈折率よりも低い屈折率を有し
   、かつ、活性層の禁制帯幅よりも大きい禁制帯幅を有す
   る半導体で挟み込んだ構造を少なくとも備えた積層構造
   を形成する結晶成長工程と、前記活性層内の活性領域と
   なる領域の両側に溝を形成するエッチング工程と、気相
   成長装置内でガスエッチングを行なうガスエッチング工
   程と、前記気相成長装置内でガスエッチング工程に引き
   つづいて前記溝中に高抵抗半導体を埋め込み成長する気
   相成長工程とを少なくとも備えていることを特徴とする
   埋込み構造半導体レーザの製造方法。