JPWO2020090078A1 - 光半導体装置、および光半導体装置の製造方法 - Google Patents

光半導体装置、および光半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

第一導電型基板（１０）の表面に第一導電型クラッド層（１１）、活性層（２０）、第二導電型を有する第二導電型第一クラッド層（３０）の順に積層されたメサ（２００）と、メサ（２００）の頂部を露出してメサ（２００）の両側を埋め込む埋め込み層（５０）と、埋め込み層（５０）および埋め込み層（５０）から露出したメサ（２００）の頂部を埋め込む第二導電型第二クラッド層（３１）と、を備え、埋め込み層（５０）は、半絶縁性材料がドープされた層を含み、第二導電型第一クラッド層（３０）が、メサ（２００）の頂部に向けて幅が狭くなるよう、第二導電型第一クラッド層（３０）と埋め込み層（５０）との境界（３３）が傾斜している。

Description

本願は、光半導体装置およびその製造方法に関する。
半導体レーザーを代表とする光半導体装置では、活性層への電流狭窄と活性層からの放熱を目的として活性層側面を半導体で埋め込んだ構造（いわゆる埋め込み型レーザー）が多用される。光通信用途に用いられるＩｎＰ系の埋め込み型レーザーでは、高速化を目的とした容量低減のために、ｎ型ＩｎＰ基板とＦｅなどの半絶縁性材料をドープしたＩｎＰ埋め込み層の組み合わせが用いられる。ＦｅはＩｎＰ中で電子トラップとして作用し、ホールに対してはトラップ効果を持たないため、埋め込み層上部のｐ側クラッド層に接する部分にｎ型ＩｎＰ層を配置した構造が一般に用いられる。上記構造に対して、電流注入効率をさらに向上させるために、ｎ型ＩｎＰ層を活性層上部に狭窄させることで活性層への電流狭窄をより強くする構造が先行文献１で提案されている。
特開２０１１−２４９７６６号公報
しかしながら特許文献１に記載されている構造では、埋め込み層の狭窄のために複数回のメサ形成と埋め込み成長が必要であり、製造コストが高くなる問題があった。また複数回のメサ形成時のパターン合わせ、あるいはパターン形成自体の難度も高いため、安定した歩留が見込めない問題があった。
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、一回のメサ形成と埋め込み成長でシンプルかつ安定に活性層上部への電流狭窄構造を得ることを目的としており、さらにこの構造に適した製造方法を提供することを目的とする。
本願に開示される光半導体装置は、第一導電型を有する第一導電型基板の表面に第一導電型を有する第一導電型クラッド層、活性層、第一導電型とは逆の導電型である第二導電型を有する第二導電型第一クラッド層の順に積層されたメサと、メサの頂部を露出して、メサの両側を埋め込む埋め込み層と、埋め込み層および埋め込み層から露出したメサの頂部を埋め込む、第二導電型を有する第二導電型第二クラッド層と、を備え、埋め込み層は、半絶縁性材料がドープされた層を含み、第二導電型第一クラッド層が、メサの頂部に向けて幅が狭くなるよう、第二導電型第一クラッド層と埋め込み層との境界が傾斜しているものである。
また、本願に開示される光半導体装置の製造方法は、ＭＯＣＶＤ炉内において、第一導電型を有する第一導電型基板の表面に、第一導電型を有する第一導電型クラッド層、活性層、第一導電型とは逆の導電型である第二導電型を有する第二導電型第一クラッド層の順に積層して積層構造体を形成する工程と、積層構造体の表面に予め定めた幅のマスクを形成し、ドライエッチングにより、積層構造体の両側を活性層よりも第一導電型基板に近い位置までエッチングしてメサを形成する工程と、マスクを残したまま、ＭＯＣＶＤ炉内にハロゲン系のガスを流して、形成されたメサをエッチングすることにより、第二導電型第一クラッド層の側面を傾斜面に形成する工程と、第二導電型第一クラッド層の側面が傾斜面となったメサの両側を半絶縁性材料がドープされた層を含む埋め込み層で埋め込む工程と、マスクを除去した後、埋め込み層およびメサの頂部に露出した第二導電型第一クラッド層を覆う第二導電型第二クラッド層を形成する工程と、を有するものである。
本願に開示される光半導体装置および光半導体装置の製造方法によれば、シンプルかつ安定に活性層上部への電流狭窄構造を得ることができる光半導体装置およびその製造方法を提供することができる効果がある。
実施の形態１による光半導体装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態１による光半導体装置の製造方法の工程を示す第１の図である。 実施の形態１による光半導体装置の製造方法の工程を示す第２の図である。 実施の形態１による光半導体装置の製造方法の工程を示す第３の図である。 実施の形態１による光半導体装置の製造方法の工程を示す第４の図である。 実施の形態１による光半導体装置の製造方法の工程を示す第５の図である。 実施の形態１による光半導体装置の製造方法の工程を示す第６の図である。 実施の形態２による光半導体装置の概略構成を示す断面図である。 実施の形態３による光半導体装置の概略構成を示す断面図である。 比較例の光半導体装置の概略構成を示す断面図である。
図１は、実施の形態１による光半導体装置の構成を示す断面図である。ここでは、光半導体装置として、ｎ型ＩｎＰ基板１０上のＡｌＧａＩｎＡｓ活性層をもつ半導体レーザーの例を示している。ｎ型ＩｎＰ基板１０上にｎ型ＩｎＰクラッド層１１（膜厚１．０μｍ、ドーピング濃度１．０×１０１８ｃｍ−３）、ＡｌＧａＩｎＡｓ上部光閉じ込め層２２とＡｌＧａＩｎＡｓ下部光閉じ込め層２１とに挟まれたアンドープＡｌＧａＩｎＡｓ活性層２０（膜厚０．３μｍ）、およびｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３０（膜厚０．３μｍ、ドーピング濃度１．０×１０１８ｃｍ−３）が積層されたストライプ状の積層体のメサ２００が形成されている。このメサ２００の両側は、埋め込み層５０で埋め込まれている。埋め込み層５０は、半絶縁性材料であるＦｅをドープしたＦｅドープＩｎＰ埋め込み層５１（膜厚１．８μｍ、ドーピング濃度５．０×１０１６ｃｍ−３）とｎ型ＩｎＰ埋め込み層５２（膜厚０．２μｍ、ドーピング濃度５．０×１０１８ｃｍ−３）により構成されている。この埋め込み層５０とｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３０の境界は、メサ２００の頂部に向けてｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３０の幅が狭くなるよう、メサ２００の下部の側面に対して傾斜している。埋め込み層５０および埋め込み層５０から露出しているメサ２００の頂部のｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３０は、ｐ型ＩｎＰ第二クラッド層３１（膜厚２．０μｍ、ドーピング濃度１．０×１０１８ｃｍ−３）により埋め込まれている。ｐ型ＩｎＰ第二クラッド層３１の上面にはｐ型ＩｎＰコンタクト層８０（膜厚０．３μｍ、ドーピング濃度１．０×１０１９ｃｍ−３）が形成されている。
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ、図２Ｅ、図２Ｆは、実施の形態１による光半導体装置の製造方法の工程を断面図により示す図である。１００面のｎ型ＩｎＰ基板１０上に、ｎ型ＩｎＰクラッド層１１、ＡｌＧａＩｎＡｓ下部光閉じ込め層２１、アンドープＡｌＧａＩｎＡｓ活性層２０とＡｌＧａＩｎＡｓ上部光閉じ込め層２２、ｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３０を、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）炉内で順に成長して積層構造体３００を形成する（図２Ａ）。次に、積層構造体３００の表面に、フォトリソグラフィ技術によって＜０１１＞方向で幅１．５μｍのストライプ状のＳｉＯ２マスク９０を形成（図２Ｂ）し、ドライエッチングを行うことで高さ２．０μｍのストライプ状の積層体メサを形成する（図２Ｃ）。その後、ＭＯＣＶＤ炉内でＨＣｌガスを用いた処理を行うことで、ＡｌＧａＩｎＡｓ上部光閉じ込め層２２からメサ上部にかけて、ｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３０の側面を１１１面をもつ傾斜面３３に形成してメサ２００を完成（図２Ｄ）させる。次に、メサ２００の両側に、埋め込み層５０としてＦｅドープＩｎＰ埋め込み層５１、ｎ型ＩｎＰ埋め込み層５２を順に成長して、マスク９０は露出させた状態で、メサ２００の両側を埋め込み層５０により埋め込む（図２Ｅ）。次に、フッ酸によりＳｉＯ２マスク９０を除去した後、ｐ型ＩｎＰ第二クラッド層３１、ｐ型ＩｎＰコンタクト層８０をＭＯＣＶＤ法によって成長することで、実施の形態１による光半導体装置のエピ構造が完成する（図２Ｆ）。
ＨＣｌガスによるエッチングはＡｌＧａＩｎＡｓに対してエッチングレートが低いため、エッチングはＡｌＧａＩｎＡｓ上部光閉じ込め層２２を起点とした形となる。また、ＭＯＣＶＤ炉内でのＨＣｌガスエッチングでは、ｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３０においてエッチングレートの速い１１１面がエッチング停止面となるため、１１１面を安定して形成することができる。なお、傾斜面３３を形成するために用いるエッチングガスとしてはＨＣｌガスに限らずハロゲン系のガスであればよい。また、傾斜面３３の起点とするために設ける上部光閉じ込め層２２は、ＡｌＧａＩｎＡｓに限らず、ＡｌＩｎＡｓ、あるいはＧａＩｎＡｓなど、ＧａまたはＡｌを含む層であればよい。
図２Ｆで示すエピ構造が完成した後、活性層ストライプから幅数μｍ離れた部分のエピ構造をＨＢｒによりＩｎＰ基板までエッチングし、全面にＳｉＯ２絶縁膜を形成、活性層に対応した位置のＳｉＯ２絶縁膜をドライエッチングにより開口し、表面、裏面にメタルを形成することで、光半導体装置としての半導体レーザーの基本構造が完成する。なお、以上における、膜厚、ドーピング濃度などの数値は、一例であって、例示した数値に限られないのは言うまでもない。
メサ上部に電流ブロック層が狭窄されていない従来の構造の例を比較例として図５に示す。比較例の構造においては、図５の矢印で示すホール電流のうちメサの外側を流れるホール電流がＦｅドープＩｎＰ埋め込み層５１に漏れ、活性層の発光に寄与しない電流成分が生じてしまう。これは、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層５１がホールに対してトラップ効果をもたないためである。一方、実施の形態１の構造では、図１に矢印で示すホール電流のように、ｎ型ＩｎＰ埋め込み層５２によってホール電流が狭窄されるため、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層５１に漏れる成分を抑制できる。ｎ型ＩｎＰ埋め込み層５２が傾斜面上の最も狭窄された部分に接している構造が、実施の形態１の最良の形態である。
実施の形態１のもう一つの作用として、ｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３０とＦｅドープＩｎＰ埋め込み層５１が接する部分のドーパント拡散の問題がある。一般にＩｎＰのｐ型ドーパントにはＺｎが用いられるが、ＺｎはＦｅとの相互拡散の大きい材料として知られている。ＺｎとＦｅの相互拡散においては、ＺｎはＦｅドープＩｎＰ埋め込み層５１中のＦｅの活性濃度まで拡散することが知られており、通常の成長条件であれば１６乗台半ばから１７乗台前半の濃度までＺｎが拡散してしまう。Ｚｎが相互拡散した部分のＦｅドープＩｎＰ埋め込み層５１は低濃度のＺｎがドーピングされた層と同様で、ホールリーク成分を大きくしてしまう問題がある。ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層が狭窄されていれば、ＺｎとＦｅの相互拡散領域を傾斜面上の狭窄領域だけに狭めることができるため、ｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３０からＦｅドープＩｎＰ埋め込み層５１へのホール電流のリークをより抑制することができる。
上記の作用により、電流リーク成分を抑制することで活性層への効率的なホール電流の注入が可能になることから、光半導体装置としての半導体レーザーの発光効率が向上する。
なお、上記では活性層２０が上部光閉じ込め層２２および下部光閉じ込め層２１に挟まれた構造を説明したが、上部光閉じ込め層２２および下部光閉じ込め層２１は必ずしも設ける必要は無い。上部光閉じ込め層２２および下部光閉じ込め層２１を設けない場合、ハロゲン系のガスによるエッチングは活性層２０を起点として傾斜面３３が形成される。
本実施の形態１ではｎ型ＩｎＰ基板を用いた光半導体装置およびその製造方法を説明したが、ｐ型ＩｎＰ基板を用いて各半導体層の導電型を逆にした構造であっても良い。本願ではｐ型およびｎ型の導電型のうち、一方を第一導電型、他方を第二導電型と称することもある。すなわち第二導電型は第一導電型とは逆の導電型であり、第一導電型がｐ型であれば第二導電型はｎ型となり、第一導電型がｎ型であれば第二導電型はｐ型となる。また、半導体材料としては主にＩｎＰ系を例として説明するが、他の半導体材料であっても良い。よって、本願において、導電型および材料を特定せずに、例えば、ｎ型ＩｎＰ基板として説明した部材は第一導電型基板、ｎ型ＩｎＰクラッド層として説明した部材は第一導電型クラッド層、ｐ型ＩｎＰ第一クラッド層として説明した部材は第二導電型第一クラッド層、ｐ型ＩｎＰ第二クラッド層として説明した部材は第二導電型第二クラッド層のように称することもある。
実施の形態２．
図３は、実施の形態２による光半導体装置の構成を示す断面図である。製造方法は実施の形態１とほぼ同じであるが、実施の形態１に対して、埋め込み層５０がＦｅドープＩｎＰ埋め込み層のみで構成されており、実施の形態１におけるｎ型ＩｎＰ埋め込み層５２がない構造である。
図３に示す構造であっても、ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層が狭窄されているので、ＺｎとＦｅの相互拡散領域を傾斜面上の狭窄領域だけに狭めることができるため、ｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３０からＦｅドープＩｎＰ埋め込み層５１へのホール電流のリークをより抑制することができる。このため、実施の形態１と同様に、光半導体装置としての半導体レーザーの発光効率が向上する効果がある。
実施の形態３．
図４は、実施の形態３による光半導体装置の構成を示す断面図である。製造方法は実施の形態１とほぼ同じであるが、実施の形態１に対して、上部光閉じ込め層２２とｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３０の間に、追加ｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３２および追加ＡｌＧａＩｎＡｓ光閉じ込め層（追加光閉じ込め層）２３を設け、追加光閉じ込め層２３が傾斜面３３の起点となっている点が異なる。このとき、傾斜面３３の起点とするために設ける追加光閉じ込め層２３は、実施の形態１における上部光閉じ込め層２２と同様、ＡｌＧａＩｎＡｓに限らず、ＡｌＩｎＡｓ、あるいはＧａＩｎＡｓなど、ＧａまたはＡｌを含む層であればよい。
実施の形態１では、エピ成長温度ばらつき等により埋め込み層の形状ばらつきが発生し、ｎ型ＩｎＰ埋め込み層５２と活性層２０が万が一接触してしまった場合に、活性層２０からｎ型ＩｎＰ埋め込み層５２に電子リークが生じてしまう。本実施の形態３では、上部光閉じ込め層２２の上部に、さらに追加ｐ型ＩｎＰ第一クラッド層３２および追加光閉じ込め層２３を追加して、傾斜面３３の起点を追加光閉じ込め層２３とする。この構造により、傾斜面３３の起点を活性層２０から離すことができ、ｎ型ＩｎＰ埋め込み層５２と活性層２０との接触を避けることができる。よって、ホールリークと電子リーク両方のリスクを抑制することができ、より安定して光半導体装置としての半導体レーザーの発光効率を向上できる。
本願には、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１０ ｎ型ＩｎＰ基板（第一導電型基板）、１１ ｎ型ＩｎＰクラッド層（第一導電型クラッド層）、２０ 活性層、２１ 下部光閉じ込め層、２２ 上部光閉じ込め層、２３ 追加光閉じ込め層、３０ ｐ型ＩｎＰ第一クラッド層（第二導電型第一クラッド層）、３１ ｐ型ＩｎＰ第二クラッド層（第二導電型第二クラッド層）、３２ 追加ｐ型ＩｎＰ第一クラッド層（追加第二導電型第一クラッド層）、３３ 傾斜面、５０ 埋め込み層、５１ ＦｅドープＩｎＰ埋め込み層、５２ ｎ型ＩｎＰ埋め込み層、９０ マスク、２００ メサ、３００ 積層構造体
本願に開示される光半導体装置は、第一導電型を有する第一導電型基板の表面に第一導電型を有する第一導電型クラッド層、活性層、第一導電型とは逆の導電型である第二導電型を有する第二導電型第一クラッド層の順に積層されたメサと、メサの頂部を露出して、メサの両側を埋め込む埋め込み層と、埋め込み層および埋め込み層から露出したメサの頂部を埋め込む、第二導電型を有する第二導電型第二クラッド層と、を備え、埋め込み層は、半絶縁性材料がドープされた層と、この半絶縁性材料がドープされた層よりも高い位置の第一導電型の層とを含み、第二導電型第一クラッド層が、メサの頂部に向けて幅が狭くなるよう、第二導電型第一クラッド層と埋め込み層との境界が傾斜し、半絶縁性材料がドープされた層および第一導電型の層が第二導電型第一クラッド層の傾斜面に接しているものである。
また、本願に開示される光半導体装置の製造方法は、ＭＯＣＶＤ炉内において、第一導電型を有する第一導電型基板の表面に、第一導電型を有する第一導電型クラッド層、活性層、第一導電型とは逆の導電型である第二導電型を有する第二導電型第一クラッド層の順に積層して積層構造体を形成する工程と、積層構造体の表面に予め定めた幅のマスクを形成し、ドライエッチングにより、積層構造体の両側を活性層よりも第一導電型基板に近い位置までエッチングしてメサを形成する工程と、マスクを残したまま、ＭＯＣＶＤ炉内にハロゲン系のガスを流して、形成されたメサをエッチングすることにより、第二導電型第一クラッド層の側面を傾斜面に形成する工程と、第二導電型第一クラッド層の側面が傾斜面となったメサの両側を半絶縁性材料がドープされた層と、この半絶縁性材料がドープされた層よりも高い位置の第一導電型の層とを含む埋め込み層で、半絶縁性材料がドープされた層および第一導電型の層が傾斜面に接するように埋め込む工程と、マスクを除去した後、埋め込み層およびメサの頂部に露出した第二導電型第一クラッド層を覆う第二導電型第二クラッド層を形成する工程と、を有するものである。

Claims (9)

  1. 第一導電型を有する第一導電型基板の表面に前記第一導電型を有する第一導電型クラッド層、活性層、前記第一導電型とは逆の導電型である第二導電型を有する第二導電型第一クラッド層の順に積層されたメサと、
    前記メサの頂部を露出して、前記メサの両側を埋め込む埋め込み層と、
    前記埋め込み層および前記埋め込み層から露出した前記メサの頂部を埋め込む、前記第二導電型を有する第二導電型第二クラッド層と、を備え、
    前記埋め込み層は、半絶縁性材料がドープされた層を含み、
    前記第二導電型第一クラッド層が、前記メサの頂部に向けて幅が狭くなるよう、前記第二導電型第一クラッド層と前記埋め込み層との境界が傾斜していることを特徴とする光半導体装置。
  2. 前記埋め込み層は、半絶縁材料がドープされた層と、この半絶縁材料がドープされた層よりも高い位置の第一導電型の層とを含み、前記半絶縁性材料がドープされた層および前記第一導電型の層と前記第二導電型第一クラッド層が接していることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
  3. 前記活性層を挟むように、上部光閉じ込め層および下部光閉じ込め層が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体装置。
  4. 前記上部光閉じ込め層と前記第二導電型第一クラッド層との間に、追加第二導電型第一クラッド層と追加光閉じ込め層を有することを特徴とする請求項３に記載の光半導体装置。
  5. ＭＯＣＶＤ炉内において、第一導電型を有する第一導電型基板の表面に、前記第一導電型を有する第一導電型クラッド層、活性層、前記第一導電型とは逆の導電型である第二導電型を有する第二導電型第一クラッド層の順に積層して積層構造体を形成する工程と、
    前記積層構造体の表面に予め定めた幅のマスクを形成し、ドライエッチングにより、前記積層構造体の両側を前記活性層よりも前記第一導電型基板に近い位置までエッチングしてメサを形成する工程と、
    前記マスクを残したまま、前記ＭＯＣＶＤ炉内にハロゲン系のガスを流して、形成された前記メサをエッチングすることにより、前記第二導電型第一クラッド層の側面を傾斜面に形成する工程と、
    前記第二導電型第一クラッド層の側面が傾斜面となった前記メサの両側を半絶縁性材料がドープされた層を含む埋め込み層で埋め込む工程と、
    前記マスクを除去した後、前記埋め込み層および前記メサの頂部に露出した前記第二導電型第一クラッド層を覆う第二導電型第二クラッド層を形成する工程と、
    を有することを特徴とする光半導体装置の製造方法。
  6. 前記積層構造体を形成する工程において、前記活性層と前記第一導電型クラッド層との間に下部光閉じ込め層、および前記活性層と前記第二導電型第一クラッド層との間に上部光閉じ込め層を積層することを特徴とする請求項５に記載の光半導体装置の製造方法。
  7. 上部光閉じ込め層がＧａまたはＡｌを含む層であることを特徴とする請求項６に記載の光半導体装置の製造方法。
  8. 前記積層構造体を形成する工程において、前記上部光閉じ込め層と前記第二導電型第一クラッド層との間に追加第二導電型第一クラッド層および追加光閉じ込め層を積層することを特徴とする請求項６に記載の光半導体装置の製造方法。
  9. 追加光閉じ込め層がＧａまたはＡｌを含む層であることを特徴とする請求項８に記載の光半導体装置の製造方法。
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Citations (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03112185A (ja) * 1989-09-27 1991-05-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザの製造方法
JPH05226775A (ja) * 1992-02-14 1993-09-03 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザ素子
JPH06291416A (ja) * 1992-05-14 1994-10-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザおよびその製造方法
JPH0722691A (ja) * 1993-06-30 1995-01-24 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザとその製造方法
JPH0897509A (ja) * 1994-07-26 1996-04-12 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
JPH10335756A (ja) * 1997-06-05 1998-12-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザの製造方法
JPH10335751A (ja) * 1997-06-03 1998-12-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置およびその製造方法
JPH11261100A (ja) * 1998-03-09 1999-09-24 Mitsubishi Electric Corp 光半導体装置の製造方法
JP2001352131A (ja) * 2000-03-31 2001-12-21 Agere Systems Optoelectronics Guardian Corp ＩｎＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｌＡｓを使用する光電装置に関するドーパント拡散阻止
JP2002232081A (ja) * 2001-01-29 2002-08-16 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ、光変調器および光変調器付半導体レーザ並びにそれらの製造方法
JP2002261390A (ja) * 2001-02-28 2002-09-13 Anritsu Corp 半導体レーザ及びその製造方法
EP1339108A1 (en) * 2002-02-20 2003-08-27 Agilent Technologies, Inc. - a Delaware corporation - Semiconductor device with current confinement structure
JP2004095822A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザ素子
JP2005217010A (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
US20050186798A1 (en) * 2004-02-25 2005-08-25 Agilenttechnologies, Inc. Process for manufacturing semiconductor devices and related semiconductor device
JP2008053311A (ja) * 2006-08-22 2008-03-06 Mitsubishi Electric Corp 半導体光デバイスの製造方法
JP2009182249A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Mitsubishi Electric Corp 半導体光素子の製造方法
JP2010157707A (ja) * 2008-12-01 2010-07-15 Furukawa Electric Co Ltd:The 光半導体装置および光ファイバ増幅器用励起光源
JP2011091108A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザ
US20110164641A1 (en) * 2010-01-07 2011-07-07 Furukawa Electric Co., Ltd. Optical semiconductor device and pumping light source for optical fiber amplifier
JP2014225533A (ja) * 2013-05-15 2014-12-04 三菱電機株式会社 半導体レーザ及びその製造方法
JP2017130657A (ja) * 2016-01-14 2017-07-27 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 光半導体素子の製造方法および光半導体素子

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102015465B (zh) 2008-04-22 2013-06-05 夏普株式会社 托盘
JP5489702B2 (ja) * 2009-12-24 2014-05-14 三菱電機株式会社 半導体光素子および集積型半導体光素子
JP5545670B2 (ja) 2010-04-27 2014-07-09 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 光半導体装置およびその製造方法
JP6206247B2 (ja) * 2014-02-26 2017-10-04 三菱電機株式会社 半導体装置の製造方法

Patent Citations (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03112185A (ja) * 1989-09-27 1991-05-13 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザの製造方法
JPH05226775A (ja) * 1992-02-14 1993-09-03 Furukawa Electric Co Ltd:The 半導体レーザ素子
JPH06291416A (ja) * 1992-05-14 1994-10-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザおよびその製造方法
JPH0722691A (ja) * 1993-06-30 1995-01-24 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザとその製造方法
JPH0897509A (ja) * 1994-07-26 1996-04-12 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
JPH10335751A (ja) * 1997-06-03 1998-12-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置およびその製造方法
JPH10335756A (ja) * 1997-06-05 1998-12-18 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザの製造方法
JPH11261100A (ja) * 1998-03-09 1999-09-24 Mitsubishi Electric Corp 光半導体装置の製造方法
JP2001352131A (ja) * 2000-03-31 2001-12-21 Agere Systems Optoelectronics Guardian Corp ＩｎＡｌＡｓ又はＩｎＧａＡｌＡｓを使用する光電装置に関するドーパント拡散阻止
JP2002232081A (ja) * 2001-01-29 2002-08-16 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ、光変調器および光変調器付半導体レーザ並びにそれらの製造方法
JP2002261390A (ja) * 2001-02-28 2002-09-13 Anritsu Corp 半導体レーザ及びその製造方法
EP1339108A1 (en) * 2002-02-20 2003-08-27 Agilent Technologies, Inc. - a Delaware corporation - Semiconductor device with current confinement structure
JP2004095822A (ja) * 2002-08-30 2004-03-25 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザ素子
JP2005217010A (ja) * 2004-01-28 2005-08-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ装置
US20050186798A1 (en) * 2004-02-25 2005-08-25 Agilenttechnologies, Inc. Process for manufacturing semiconductor devices and related semiconductor device
JP2008053311A (ja) * 2006-08-22 2008-03-06 Mitsubishi Electric Corp 半導体光デバイスの製造方法
JP2009182249A (ja) * 2008-01-31 2009-08-13 Mitsubishi Electric Corp 半導体光素子の製造方法
JP2010157707A (ja) * 2008-12-01 2010-07-15 Furukawa Electric Co Ltd:The 光半導体装置および光ファイバ増幅器用励起光源
JP2011091108A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体レーザ
US20110164641A1 (en) * 2010-01-07 2011-07-07 Furukawa Electric Co., Ltd. Optical semiconductor device and pumping light source for optical fiber amplifier
JP2014225533A (ja) * 2013-05-15 2014-12-04 三菱電機株式会社 半導体レーザ及びその製造方法
JP2017130657A (ja) * 2016-01-14 2017-07-27 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 光半導体素子の製造方法および光半導体素子

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