JP4077570B2 - Semiconductor laser diode, manufacturing method thereof, optical modulator, and semiconductor laser diode with optical modulator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流ブロック層を有する半導体レーザダイオードとその製造方法及び光変調器並びに光変調器付半導体レーザダイオードに関する。
【0002】
【従来の技術】
活性領域を高抵抗層で埋め込んだ半導体レーザダイオードは、寄生容量を低減できることから、高速変調用のレーザダイオードとして用いられる。
図8は従来の埋め込み構造の半導体レーザダイオードの一例(第1の従来例)を示す断面図である。図8において、1はN型InP基板、2はN型InPからなるN型クラッド層(例えば、厚さ1μm、キャリア濃度N=1×1018cm-3)、3はInGaAsP歪量子井戸活性層、4はP型InPからなるP型クラッド層(例えば、厚さ0.5μm、キャリア濃度P=1×1018cm-3)、5はFeドープInPからなる高抵抗ブロック層、6はN型InPブロック層、7はP型InP層、8はP型InGaAsコンタクト層、9はP型電極(Ti/Pt/Au)、10はN型電極(Au/Ge/Ni/Au)である。
【0003】
以上のように構成された図8の半導体レーザダイオードでは、メサ部の両側に積層されたN型クラッド層2、高抵抗ブロック層5、N型InPブロック層6を電流ブロック層として用い、活性層3に集中して電流が注入されるようにしている。この図8の半導体レーザダイオードは、高抵抗ブロック層5によって、素子の寄生容量を小さくすることができるので、高速変調が可能であるが、耐圧を高くすることができないことから、高出力化には一定の限界があった。
【0004】
また、図10は第2の従来例の半導体レーザダイオードの構成を示す模式的な断面図である。この第2の従来例の半導体レーザダイオードは、FeドープInPからなる高抵抗ブロック層5とメサ部との間、高抵抗ブロック層5とN型クラッド層との間に、それぞれメサ部の側面からメサ部の両側に連続したP型InPブロック層110とN型InPブロック層120とを形成している。このように第2の従来例の半導体レーザダイオードでは、P型InPブロック層110とN型InPブロック層120とを形成することにより、電流ブロック層内にPN接合が構成されるため、第1の従来例に比較して耐圧を高くできるという特徴がある。
また、図8又は図10と同様の構成により、活性層を光吸収層として用いることにより光変調器を構成することができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図8に示す第1の従来例の半導体レーザダイオードは、上述したように素子の耐圧が低くなり、ターンオンが発生しやすくなるという問題点があった。すなわち、第1の従来例の半導体レーザダイオードは、図9に示すように、電流を増加させていくとターンオンが発生し、それ以上電流を増やしても光出力が大きくならず、高出力化できないという問題点があった。
また、図10に示す第2の従来例の半導体レーザダイオードは、素子の耐圧を高くでき高出力化が可能であるが、リーク電流が大きくなり、レーザ特性は悪くなるという問題点があった。
また、図8又は図10と同様な構成で、光変調器を構成した場合においても、それらの光変調器はそれぞれ上述と同様の問題点を有していた。
【0006】
そこで、本発明は、高出力化が図れしかもリーク電流を小さくすることができる半導体レーザダイオードとその製造方法を提供することを第1の目的とする。
【0007】
また、本発明は、高速変調が可能でかつ高出力化が図れしかもリーク電流を小さくすることができる光変調器を提供することを第2の目的とする。
【0008】
さらに、本発明は、高速変調が可能でかつ高出力化が図れしかもリーク電流を小さくすることができる光変調器付半導体レーザダイオードを提供することを第3の目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体レーザダイオードは、上記第1の目的を達成するために、N型半導体基板上に、N型クラッド層、P型クラッド層及び該N型及びP型クラッド層の間に位置する活性層を含む複数の半導体層が積層されてなるメサ部と、高抵抗化されたInPからなり上記メサ部の両側に位置する高抵抗ブロック層とを備え、上記メサ部は該メサ部の両側が上記N型クラッド層の途中までエッチングされることにより形成された半導体レーザダイオードであって、上記メサ部の両側に上記N型クラッド層上に形成されたP型InPからなるP型ブロック層と該P型ブロック層上に形成されたN型InPからなるN型ブロック層と該N型ブロック層上に形成された上記高抵抗ブロック層とを含んでなる電流ブロック層を形成しかつ、上記メサ部の側面においてN型クラッド層と上記高抵抗ブロック層とを接するようにして上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間には上記P型ブロック層を形成しないようにしたことを特徴とする。
このようにすると、上記メサ部の両側の電流ブロック層に、上記高抵抗ブロック層に加え、上記P型ブロック層と上記N型ブロック層とによって構成されるPN接合界面が形成されるので、耐圧特性を向上させることができる。また、上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間にはP型ブロック層が形成されていないので、リーク電流を小さくできる。
【0010】
また、本発明に係る半導体レーザダイオードでは、上記N型クラッド層をN型InPで形成し、上記P型クラッド層をP型InPで形成することが好ましい。
【0011】
また、本発明に係る半導体レーザダイオードでは、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面において上記N型クラッド層と接するように形成されていてもよい。
【0012】
また、本発明に係る半導体レーザダイオードでは、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面を覆うように形成されていることが好ましい。このようにすると、上記P型クラッド層と上記高抵抗層との間における不純物の相互拡散を防止できる。
【0013】
また、本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法は、N型半導体基板上に、N型クラッド層、P型クラッド層及び該N型及びP型クラッド層の間に位置する活性層を含む複数の半導体層が積層されてなるメサ部と、高抵抗化されたInPからなり上記メサ部の両側に位置する高抵抗ブロック層とを備えた半導体レーザダイオードの製造方法であって、
上記複数の半導体層を積層して、長手方向が共振方向に一致するように所定の幅に形成されたマスクを用いて該マスクの両側を上記N型クラッド層の途中までエッチングされることにより上記メサ部を形成する第1工程と、
上記メサ部の側面と上記メサ部の両側に位置する上記N型クラッド層上面とにP型InP層を成長させる第2工程と、
上記P型InP層上にN型InP層を成長させる第3工程と、
上記メサ部の側面に形成されたP型InP層をハロゲン系のガスを用いてエッチングすることにより除去する第4工程とを含むことを特徴とする。
【0014】
また、本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法においては、上記第4工程は上記第3工程の後に行うようにし、上記第4工程において、上記メサ部の側面に形成された上記P型InP層及び上記N型InP層とを除去するようにしてもよい。
【0015】
さらに、本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法においては、上記第4工程を上記第2工程の後であって上記第3工程の前に行うようにしてもよい。
【0016】
またさらに、本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法は、上記第3工程の後にさらに、上記メサ部の側面に形成されたN型InP層をハロゲン系のガスを用いてエッチングすることにより除去する第5工程とを含むようにしてもよい。
【0017】
また、本発明に係る光変調器は、N型半導体基板上に、N型クラッド層、P型クラッド層及び該N型及びP型クラッド層の間に位置する活性層を含む複数の半導体層が積層されてなるメサ部と、高抵抗化されたInPからなり上記メサ部の両側に位置する高抵抗ブロック層とを備え、上記メサ部は該メサ部の両側が上記N型クラッド層の途中までエッチングされることにより形成された光変調器であって、上記メサ部の両側に上記N型クラッド層上に形成されたN型InPからなるP型ブロック層と該P型ブロック層上に形成されたN型InPからなるN型ブロック層と該N型ブロック層上に形成された上記高抵抗ブロック層とを含んでなる電流ブロック層を形成しかつ、上記メサ部の側面においてN型クラッド層と上記高抵抗ブロック層とを接するようにして上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間には上記P型ブロック層を形成しないようにしたことを特徴とする。
このようにすると、上記メサ部の両側の電流ブロック層に、上記高抵抗ブロック層に加え、上記P型ブロック層と上記N型ブロック層とによって構成されるPN接合界面が形成されるので、耐圧特性を向上させることができる。また、上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間にはP型ブロック層が形成されていないので、リーク電流を小さくできる。
【0018】
また、本発明に係る光変調器では、上記N型クラッド層をN型InPで構成し、上記P型クラッド層をP型InPで構成することが好ましい。
【0019】
さらに、本発明に係る光変調器では、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面において上記N型クラッド層と接するように形成されていてもよい。
【0020】
またさらに、本発明に係る光変調器では、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面を覆うように形成されていることが好ましい。
【0021】
また、本発明に係る光変調器付半導体レーザダイオードは、N型半導体基板上に、N型クラッド層、P型クラッド層及び該N型及びP型クラッド層の間に位置する活性層を含む複数の半導体層が積層されてなるメサ部と、高抵抗化されたInPからなり上記メサ部の両側に位置する高抵抗ブロック層とを備え、上記メサ部は該メサ部の両側が上記N型クラッド層の途中までエッチングされることにより形成され、該メサ部の一部における活性層を光吸収層とした光変調器付半導体レーザダイオードであって、上記メサ部の両側に上記N型クラッド層上に形成されたN型InPからなるP型ブロック層と該P型ブロック層上に形成されたN型InPからなるN型ブロック層と該N型ブロック層上に形成された上記高抵抗ブロック層とを含んでなる電流ブロック層を形成しかつ、上記メサ部の側面においてN型クラッド層と上記高抵抗ブロック層とを接するようにして上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間には上記P型ブロック層を形成しないようにしたことを特徴とする。
このようにすると、上記メサ部の両側の電流ブロック層に、上記高抵抗ブロック層に加え、上記P型ブロック層と上記N型ブロック層とによって構成されるPN接合界面が形成されるので、耐圧特性を向上させることができる。また、上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間にはP型ブロック層が形成されていないので、リーク電流を小さくできる。
【0022】
また、本発明に係る光変調器付半導体レーザダイオードは、上記N型クラッド層がN型InPからなり、上記P型クラッド層がP型InPからなることが好ましい。
【0023】
さらに、本発明に係る光変調器付半導体レーザダイオードでは、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面において上記N型クラッド層と接するように形成されていてもよい。
【0024】
またさらに、本発明に係る光変調器付半導体レーザダイオードでは、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面を覆うように形成されていることが好ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施の形態の半導体レーザダイオードについて説明する。
実施の形態1.
図1は本発明に係る実施の形態1の半導体レーザダイオードの構成を模式的に示す断面図である。本実施の形態1の半導体レーザダイオードは、図1に示すように、下面にN型電極10(Au/Ge/Au)が形成されたN型InP基板1上に、N型クラッド層2とP型クラッド層4との間にInGaAsPからなる歪量子井戸構造の活性層3が積層されてなるメサ部と、Feがドープされて高抵抗化されたInPからなりメサ部の両側に埋め込み成長された高抵抗ブロック層5とを備えている。ここで、本実施の形態1では、N型クラッド層2は、例えば、厚さ1μのN型InPからなり、キャリア濃度Nは、例えば、1×1018cm-3に設定される。また、P型クラッド層4は、厚さ0.5μmのP型InPからなり、キャリア濃度Pは例えば、1×1018cm-3に設定される。
【0026】
そして、本実施の形態1において、メサ部は、メサ部の両側がN型クラッド層2の途中までエッチングされることにより構成され、メサ部の両側のN型InPクラッド層2に接してP型InPからなるP型InPブロック層11が形成され、該P型InPブロック層11上にN型InPからなるN型InPブロック層12が形成されていることを特徴としている。
すなわち、本実施の形態1の半導体レーザダイオードでは、電流ブロック層としてP型InP層、N型InP層、FeドープInP層、N型InP層の積層構造にし、かつP型InP層、N型InP層がメサ部の側面には形成しないように構成している。
【0027】
尚、本実施の形態1の半導体レーザダイオードにおいて、メサ部の両側のFeドープのInPからなる高抵抗ブロック層5上には、N型InPブロック層6が形成され、該N型InPブロック層6とメサ部の上面とを覆うように、P型InP層7が形成される。さらにP型InP層7上にはP型InGaAsコンタクト層8を介してP型電極(Ti/Pt/Au)9が形成されている。
【0028】
以上のように構成された実施の形態1の半導体レーザダイオードにおいては、メサ部の両側のP型電極9とN型電極10の間には、高抵抗ブロック層5と、N型InPブロック層12とP型InPブロック層11とによって構成されかつ逆バイアスとなる方向に電圧が印加されるPN接合面が存在するので、耐圧を高くすることができ、ターンオンの発生を抑制することができる。
また、メサ部の両側面に接して高抵抗ブロック層5が形成されているので、メサ部に電流を集中させることができ(メサ部以外に電流の流れる電流路がない)、リーク電流を少なくできる。これによって、レーザ発振特性を良好にできる。
【0029】
以下、実施の形態1の半導体レーザダイオードの製造方法について説明する。
本製造方法では、上面が(001)面となるように作製されたN型InP基板1上に、図2(a)に示すように、MOCVD法でN型InPからなるN型クラッド層2、InGaAsP歪量子井戸活性層3、P型InPからなるP型クラッド層4を成長させる。次いで、P型クラッド層4上にSiO2絶縁膜13を形成し、その長手方向が共振方向に一致するようにパターニングする。
次に、図2(b)に示すようにメタン系ドライエッチング等を用いて、SiO2絶縁膜13の両側の半導体層をN型クラッド層2の途中まで除去することにより、メサ部を形成する。
【0030】
そして、図2(c)に示すように、MOCVD法でP型InPブロック層11a、N型InPブロック層12aを成長させる。この際、P型InPブロック層11a、N型InPブロック層12aは、SiO2絶縁膜13が形成されたメサ部の上面を除いて、メサ部の両側面及びメサ部の両側に位置するN型クラッド層2上面に連続して形成される。ここで、本製造方法では、上面が(001)面となるように作製されたN型InP基板1を用いているので、N型InP基板1の上面に形成されたN型クラッド層2上に成長されたメサ部の両側に位置するP型InPブロック層11a及びN型InPブロック層12aはそれぞれ、各上面が(001)面となるように成長される。また、メサ部側面に成長されるP型InPブロック層11a及びN型InPブロック層12aはそれぞれ、メサ部側面と平行な表面が(1/10)面となるように成長される。ここで、(1/10)面の表記における(/)は、後ろに位置する数字の上に付すべきバー(−)を示している。以下、本明細書において同様とする。
【0031】
このようにP型InPブロック層11a及びN型InPブロック層12aを成長させた後、MOCVD炉内でホスヒン(PH3)と塩化水素(HCl)ガスを流す。この塩化水素(HCl)ガスには、InP層をエッチングする性質があり、特に、<001>方向、すなわち表面が(001)面であるメサ部の両側に位置するN型クラッド層2の厚さ方向のエッチングレートは、表面が(1/10)面であるメサ部側面に形成されたInP層の厚さ方向におけるエッチングレートに比べ非常に遅い(図6の実験データ参照)。従って、表面が(1/10)面であるメサ側面に形成されたInP層のみが選択的にエッチングされ、図2(d)に示すように、メサ部の両側に、P型InPブロック層11とN型InPブロック層12とが積層された構造が作製できる。
【0032】
尚、本製造方法では、塩化水素(HCl)ガスを用いたが、本発明は塩化水素HClガスに限らず、他のハロゲン系ガスでも同様な効果が得られる。また、P型InPブロック層11a、N型InPブロック層12aのメサ部側面及びメサ部の両側に位置するP型InPブロック層11a及びN型InPブロック層12aの上面の各面方位は、上述の面方位に限られるものではなく、異方性エッチングが可能な他の面方位でも同様の効果が得られる。すなわち、本発明の製造方法は、N型InP基板1の上面の面方位により限定されるものではない。しかし、ウェットエッチングの場合、等方的にエッチングされるので、(1/10)メサ側面のInP層がエッチングされるのみならず、(001)底面のInP層もエッチングされるので、(001)底面のみにInP層を残すことができない。従って、本発明の構造を作製することは困難である。
【0033】
次に、図2(e)に示すように、そのままMOCVD炉内でFeドープInPからなる高抵抗ブロック層5、N型InPブロック層6を成長させる。
そして、SiO2絶縁膜13を除去した後、P型InP層7、P型InGaAsコンタクト層8、P型電極(Ti/Pt/Au)9、N型電極(Au/Ge/Ni/Au)10を形成する。
以上のような工程により、図1に示す実施の形態1の半導体レーザダイオードを製造することができる。
本製造方法では、P型InPブロック層11a、N型InPブロック層12aを成長させた後、同じMOCVD炉内でホスヒン(PH3)と塩化水素(HCl)ガスを流して、メサ側面に形成されたInP層のみを選択的にエッチングしている。このようにすることで、容易にメサ部の側面のInP層のみを除去してメサ部の両側に、P型InPブロック層11とN型InPブロック層12とを積層した構造を作製できる。
【0034】
実施の形態2.
次に、本発明に係る実施の形態2の半導体レーザダイオードについて説明する。
ここではまず、図5を参照して本実施の形態2の半導体レーザダイオードの製造方法について説明する。尚、図5において図2と同様のものには同様の符号を付して示している。
本製造方法では、実施の形態1の製造方法と同様にしてメサ部を形成する(図5(a))。
【0035】
次に、図5(b)に示すように、MOCVD法でP型InPブロック層21aを成長させる。
P型InPブロック層21aを成長させた後、MOCVD炉内で、InPに対して<1/10>方向のエッチングレートの極めて大きいホスヒンPH3と塩化水素HClガスを流して、表面が(1/10)面であるメサ部側面に形成されたP型InPブロック層21aのみを選択的にエッチングする。尚、<1/10>方向の表記における(/)は、後ろに位置する数字の上に付すべきバー(−)を示している。以上のようにして、図5(c)に示すように、メサ部の両側のN型クラッド層2上にP型InPブロック層21が形成される。
次に、図5(d)に示すように、そのままMOCVD炉内でN型InPブロック層22aを成長させる。
【0036】
そして、N型InPブロック層22aを成長させた後、MOCVD炉内でホスヒンPH3と塩化水素HClガスを流して、表面が(1/10)面であるメサ部側面に形成されたN型InPブロック層22aのみを選択的にエッチングする。以上のようにして、図5(e)に示すように、メサ部の両側のP型InPブロック層21上にN型InPブロック層22が形成される。
次に、そのままMOCVD炉内でFeドープInPからなる高抵抗ブロック層5、N型InPブロック層6を成長させて、図5(f)に示す構造を作製する。
そして、SiO2絶縁膜13を除去した後、P型InP層7、P型InGaAsコンタクト層8、P型電極(Ti/Pt/Au)9、N型電極(Au/Ge/Ni/Au)10を形成する。
【0037】
以上のような製造工程により、本発明に係る実施の形態2の半導体レーザダイオードは製造される。
以上のように構成された実施の形態2の半導体レーザダイオードは、実施の形態1とは異なり、N型InPブロック層22が、メサ部の側面においてN型クラッド層2と接するように形成される。
以上のように構成された実施の形態2の半導体レーザダイオードは、実施の形態1と同様、耐圧を高くしかつリーク電流を低減することができる。
また、実施の形態2の半導体レーザダイオードは、P型InP層21とFeドープInP層5がいずれの位置においても接触していないので、P型InP層11とFeドープInP層5が一部で接触し、その部分でZnとFeの相互拡散が若干ある図1の構造に比較して、ZnとFeとの相互拡散を全くなくすことができ、よりリーク電流を少なくできる。
【0038】
実施の形態3.
図6は本発明に係る実施の形態3の半導体レーザダイオードの構成を示す模式的な断面図である。この実施の形態3の半導体レーザダイオードは、実施の形態2の半導体レーザダイオードにおいて、N型InPブロック層22に代えてN型InPブロック層32を用いて構成した以外は、実施の形態2の半導体レーザダイオードと同様に構成される。
すなわち、実施の形態3の半導体レーザダイオードにおいて、N型InPブロック層32は、P型InPブロック層21上及びメサ部の側面に連続して形成されている。
【0039】
このように、N型InPブロック層32を、メサ部の側面にも形成することによりFeドープInPからなる高抵抗ブロック層5とメサ部のP型クラッド層とが直接接触することがないので、以下に説明する理由によりリーク電流を実施の形態1及び実施の形態2に比較してさらに低減することができる。
すなわち、InPからなるP型クラッド層4のドーパントであるZnとFeドープInP高抵抗層5のFeは激しく相互拡散する。そのため、P型InPクラッド層4とFeドープInPからなる高抵抗ブロック層5が接触していれば、P型InPクラッド層4のZnとFeドープInPからなる高抵抗ブロック層5のFeは相互拡散し、この相互拡散により、リーク電流が増加する。しかしながら、本実施の形態3では、N型InPブロック層32がメサ側面に形成されているので、P型クラッド層4とFeドープInP高抵抗層5が直接接触せず、従って、P型クラッド層4のZnとFeドープInPからなる高抵抗ブロック層5のFeは相互拡散しない。これによって、よりリーク電流を低減することができる。
【0040】
次に、図7を参照して実施の形態3の半導体レーザダイオードの製造方法について説明する。
本製造方法において、P型InPブロック層21を形成するところまでは、実施の形態2の半導体レーザダイオードの製造方法と同様である。すなわち、図7(a)(b)(c)はそれぞれ、図5(a)(b)(c)と同じである。
そして、図7(d)に示すように、MOCVD炉内でN型InPブロック層32をメサ部の側面とP型InPブロック層21上とに成長させる。
【0041】
次に、N型InPブロック層32をエッチングすることなく、MOCVD炉内でFeドープInPからなる高抵抗ブロック層5、N型InPブロック層6を成長させる(図7(e))。
そして、SiO2絶縁膜13を除去後、P型InP層7、P型InGaAsコンタクト層8、P型電極(Ti/Pt/Au)9、N型電極(Au/Ge/Ni/Au)10を形成する。
以上のような製造工程により、実施の形態3の半導体レーザダイオードを製造することができる。
【0042】
以下、本発明に係る変形例について説明する。
変形例1(光変調器).
以上の各実施の形態では、半導体レーザダイオードについて説明したが、本発明はこれに限らず、上述の各実施の形態と同様の層構成を有する光変調器に適用することができる。この光変調器において、各実施の形態において活性層として用いたInGaAsP歪量子井戸層が光吸収層として動作し、かつその光吸収層の光吸収率がP側及びN側電極に印加される電圧に対応して変化して光変調器として機能する。
尚、本光変調器において、光吸収層であるInGaAsP歪量子井戸層の障壁層と井戸層の各組成を及び厚さは、吸収すべき光の波長等に応じて適宜設定される。
以上のように構成された光変調器は、上述の各実施の形態と同様の理由により、高耐圧にできかつリーク電流を低くできるので、優れた光変調器特性が得られる。
【0043】
変形例2(光変調器付半導体レーザダイオード).
変形例1で説明したように、本発明に係る半導体層構造は、半導体レーザダイオードだけではなく、光変調器にも適用することができる。従って、各実施の形態の半導体レーザダイオードと変形例1で説明した光変調器は、同様の半導体層構造を有することから、同一半導体基板上に一体で形成することができる。尚、本変形例2の光変調器付半導体レーザダイオードにおいて、例えば、P側電極を半導体レーザダイオード部分と光変調器部分とで分離することにより、各制御電圧を独立して印加することができる。
このように構成することにより、半導体レーザダイオードにより出力されるレーザ光を光変調器により変調して出力することができる。
この変調器付半導体レーザダイオードは、上述の各実施の形態と同様の理由により、高耐圧にできかつリーク電流を低くできるので、優れたレーザ特性と光変調器特性が得られる。
【0044】
その他の変形例.
以上の各実施の形態及び各変形例では、N型クラッド層及びP型クラッド層としてそれぞれN型InP及びP型InPを用いたが、本発明はこれに限らず、AlInAs等の他の半導体層をN型及びP型クラッド層として用いてもよい。以上のように構成しても上記各実施の形態及び各変形例と同様の作用効果を有する。
【0045】
また、以上の各実施の形態及び各変形例では、活性層(光吸収層)としてInGaAsP歪量子井戸層を用いたが、本発明はこれに限らず、AlGaInAs等の他の歪量子井戸層を用いてもよい。以上のように構成しても上記各実施の形態及び各変形例と同様の作用効果を有する。
また、本発明において、活性層(光吸収層)は量子井戸構造に限られるものではなく、比較的厚い1層からなる活性層を用いてもよい。以上のように構成しても上記各実施の形態及び各変形例と同様の作用効果を有する。
【0046】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る半導体レーザダイオードは、N型半導体基板上に、上記メサ部を備え、上記メサ部の両側に上記N型クラッド層上に形成されたP型InPからなるP型ブロック層と該P型ブロック層上に形成されたN型InPからなるN型ブロック層と該N型クラッド層上に形成された上記高抵抗ブロック層とを含んでなる電流ブロック層を形成しかつ、上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間には上記P型ブロック層を形成しないようにした。
これによって、上記メサ部の両側の電流ブロック層に、上記高抵抗ブロック層に加え、上記P型ブロック層と上記N型ブロック層とによって構成されるPN接合界面が形成されるので、耐圧特性を向上させることができ、また、上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間にはP型ブロック層が形成されていないので、リーク電流を小さくできる。
従って、本発明によれば、高出力化が図れしかもリーク電流を小さくすることができる半導体レーザダイオードを提供することができる。
【0047】
また、本発明に係る半導体レーザダイオードでは、上記N型クラッド層をN型InPで形成し、上記P型クラッド層をP型InPで形成することにより、光ファイバーにおいて低損失伝送が可能な波長で容易に発振させることができ、高出力化が図れしかもリーク電流を小さくすることができる光通信用の半導体レーザダイオードを提供することができる。
【0048】
また、本発明に係る半導体レーザダイオードでは、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面において上記N型クラッド層と接するように形成しても、高出力化が図れしかもリーク電流を小さくすることができる半導体レーザダイオードを提供することができる。
【0049】
また、本発明に係る半導体レーザダイオードでは、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面を覆うように形成することにより、上記P型クラッド層と上記高抵抗層との間における不純物の相互拡散を防止でき、さらにリーク電流を小さくできる。
【0050】
また、本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法は、上記半導体レーザダイオードの製造方法であって、上記複数の半導体層を積層して上記メサ部を形成する第1工程と、上記P型InP層を成長させる第2工程と、上記P型InP層上にN型InP層を成長させる第3工程と、上記メサ部の側面に形成されたP型InP層をハロゲン系のガスを用いてエッチングすることにより除去する第4工程とを含む。この製造方法によれば、上記メサ部の両側の電流ブロック層に、上記高抵抗ブロック層に加え、上記P型ブロック層と上記N型ブロック層とによってPN接合界面を構成でき、上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間にP型ブロック層を形成しないようにできる。従って、本製造方法によって製造された半導体レーザダイオードは、耐圧特性を向上させることができ、リーク電流を小さくできるので、高出力化が可能な半導体レーザダイオード製造することができる。
【0051】
また、本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法においては、上記第4工程は上記第3工程の後に行うようにし、上記第4工程において、上記メサ部の側面に形成された上記P型InP層及び上記N型InP層とを除去するようにすることにより、エッチング工程の回数を減らすことができ、工程を簡単にできる。
【0052】
さらに、本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法においては、上記第4工程を上記第2工程の後であって上記第3工程の前に行うようにすることにより、上記N型InP層をメサ部に沿って形成することができ、これによって、さらにリーク電流を少なくできる半導体レーザダイオードを製造することができる。
【0053】
またさらに、本発明に係る半導体レーザダイオードの製造方法では、上記第3工程の後にさらに、上記メサ部の側面に形成されたN型InP層をハロゲン系のガスを用いてエッチングすることにより除去する第5工程とを含むようにしても、耐圧特性を向上させることができ、リーク電流を小さくできるので、高出力化が可能な半導体レーザダイオード製造することができる。
【0054】
また、本発明に係る光変調器は、上記メサ部と、上記メサ部の両側に上記N型クラッド層上に形成されたP型InPからなるP型ブロック層と該P型ブロック層上に形成されたN型InPからなるN型ブロック層と該N型クラッド層上に形成された上記高抵抗ブロック層とを含んでなる電流ブロック層とを含み、上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間には上記P型ブロック層を形成しないようにした。これによって、上記メサ部の両側の電流ブロック層に、上記高抵抗ブロック層に加え、上記P型ブロック層と上記N型ブロック層とによって構成されるPN接合界面が形成されるので、耐圧特性を向上させることができ、上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間にはP型ブロック層が形成されていないので、リーク電流を小さくできる。従って、本発明によれば、高速変調が可能でかつ高出力化が図れしかもリーク電流を小さくすることができる光変調器を提供することができる。
【0055】
また、本発明に係る光変調器では、上記N型クラッド層をN型InPで構成し、上記P型クラッド層をP型InPで構成することにより、光通信に適した光変調器を提供できる。
【0056】
さらに、本発明に係る光変調器では、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面において上記N型クラッド層と接するように形成されていても、高出力化が図れしかもリーク電流を小さくすることができる光変調器を提供できる。
【0057】
またさらに、本発明に係る光変調器では、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面を覆うように形成することにより、上記P型クラッド層と上記InP高抵抗層との間における不純物の相互拡散を防止できるので、さらにリーク電流の小さい光変調器を提供できる。
【0058】
また、本発明に係る光変調器付半導体レーザダイオードは、上記メサ部を備え、上記メサ部の両側に、P型InPからなるP型ブロック層と該P型ブロック層上に形成されたN型InPからなるN型ブロック層と該N型クラッド層上に形成された上記高抵抗ブロック層とを含んでなる電流ブロック層を形成しかつ、上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間には上記P型ブロック層を形成しないようにした。これによって、上記メサ部の両側の電流ブロック層に、上記高抵抗ブロック層に加え、上記P型ブロック層と上記N型ブロック層とによって構成されるPN接合界面が形成されるので、耐圧特性を向上させることができる。また、上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間にはP型ブロック層が形成されていないので、リーク電流を小さくできる。従って、本発明によれば、高速変調が可能でかつ高出力化が図れしかもリーク電流を小さくすることができる光変調器付半導体レーザダイオードを提供することができる。
【0059】
また、本発明に係る光変調器付半導体レーザダイオードは、上記N型クラッド層をN型InPで形成し、上記P型クラッド層をP型InPで形成することにより、光通信に適した光変調器付半導体レーザダイオードを提供できる。
【0060】
さらに、本発明に係る光変調器付半導体レーザダイオードでは、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面において上記N型クラッド層と接するように形成されていても、高速変調が可能でかつ高出力化が図れしかもリーク電流を小さくすることができる光変調器付半導体レーザダイオードを提供することができる。
【0061】
またさらに、本発明に係る光変調器付半導体レーザダイオードでは、上記N型ブロック層は、上記メサ部の側面を覆うように形成することにより、さらにリーク電流の小さい光変調器付半導体レーザダイオードを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る実施の形態1の半導体レーザダイオードの構成を示す模式断面図である。
【図2】 実施の形態1の半導体レーザダイオードの製造方法における、主要工程の流れ示す断面図である。
【図3】 InP層のエッチングレートの面方位依存性を示すグラフである。
【図4】 本発明に係る実施の形態2の半導体レーザダイオードの構成を示す模式断面図である。
【図5】 実施の形態2の半導体レーザダイオードの製造方法における、主要工程の流れ示す断面図である。
【図6】 本発明に係る実施の形態3の半導体レーザダイオードの構成を示す模式断面図である。
【図7】 実施の形態3の半導体レーザダイオードの製造方法における、主要工程の流れ示す断面図である。
【図8】 従来例の半導体レーザダイオードの構成を示す模式断面図である。
【図9】 図8の半導体レーザダイオードの電流−光出力特性を示すグラフである。
【図10】 図8とは異なる従来例の半導体レーザダイオードの構成を示す模式断面図である。
【符号の説明】
1 N型InP基板、2 N型InPクラッド層、3 InGaAsP歪量子井戸活性層、4 P型InPクラッド層、5 FeドープInP高抵抗層、6 N型InPブロック層、7 P型InP層、8 P型InGaAsコンタクト層、9 P型電極、10 N型電極、11,21 P型InP高抵抗層、12,22,32 N型InP高抵抗層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser diode having a current blocking layer, a manufacturing method thereof, an optical modulator, and a semiconductor laser diode with an optical modulator.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor laser diode in which an active region is buried with a high resistance layer can be used as a laser diode for high-speed modulation because parasitic capacitance can be reduced.
FIG. 8 is a sectional view showing an example (first conventional example) of a conventional semiconductor laser diode having a buried structure. In FIG. 8, 1 is an N-type InP substrate, 2 is an N-type cladding layer made of N-type InP (for example, a thickness of 1 μm, a carrier concentration N = 1 × 10 18 cm -3 ) 3 is an InGaAsP strained quantum well active layer, 4 is a P-type cladding layer made of P-type InP (for example, thickness 0.5 μm, carrier concentration P = 1 × 10) 18 cm -3 ) 5 is a high resistance block layer made of Fe-doped InP, 6 is an N-type InP block layer, 7 is a P-type InP layer, 8 is a P-type InGaAs contact layer, 9 is a P-type electrode (Ti / Pt / Au),
[0003]
In the semiconductor laser diode of FIG. 8 configured as described above, the N-
[0004]
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the second conventional semiconductor laser diode. The semiconductor laser diode according to the second conventional example is formed from the side surface of the mesa portion between the high
In addition, an optical modulator can be configured by using the active layer as a light absorption layer with the same configuration as FIG. 8 or FIG.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the semiconductor laser diode of the first conventional example shown in FIG. 8 has a problem that the breakdown voltage of the element is lowered as described above, and turn-on is likely to occur. That is, as shown in FIG. 9, the semiconductor laser diode of the first conventional example is turned on when the current is increased, and even if the current is further increased, the light output does not increase and the output cannot be increased. There was a problem.
Further, the semiconductor laser diode of the second conventional example shown in FIG. 10 has a problem that the breakdown voltage of the element can be increased and the output can be increased, but the leakage current is increased and the laser characteristics are deteriorated.
Further, even when the optical modulators are configured in the same configuration as in FIG. 8 or FIG. 10, these optical modulators have the same problems as described above.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is a first object of the present invention to provide a semiconductor laser diode capable of increasing output and reducing leakage current and a method for manufacturing the same.
[0007]
It is a second object of the present invention to provide an optical modulator that can perform high-speed modulation, increase output, and reduce leakage current.
[0008]
Furthermore, a third object of the present invention is to provide a semiconductor laser diode with an optical modulator that can perform high-speed modulation, increase output, and reduce leakage current.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, a semiconductor laser diode according to the present invention is located on an N-type semiconductor substrate between an N-type cladding layer, a P-type cladding layer, and the N-type and P-type cladding layers. A mesa portion formed by laminating a plurality of semiconductor layers including an active layer, and a high resistance block layer made of high-resistance InP and positioned on both sides of the mesa portion, the mesa portion being on both sides of the mesa portion Is a semiconductor laser diode formed by etching partway through the N-type cladding layer, and a P-type block layer made of P-type InP formed on the N-type cladding layer on both sides of the mesa portion; An N-type block layer made of N-type InP formed on the P-type block layer and the N-type block Forming a current blocking layer comprising the high resistance blocking layer formed on the layer; and The N-type cladding layer and the high resistance block layer are in contact with each other at the side surface of the mesa portion. The P-type block layer is not formed between the mesa portion and the high-resistance block layer.
In this way, a PN junction interface constituted by the P-type block layer and the N-type block layer is formed in addition to the high-resistance block layer in the current block layers on both sides of the mesa portion. Characteristics can be improved. In addition, since no P-type block layer is formed between the mesa portion and the high resistance block layer, the leakage current can be reduced.
[0010]
In the semiconductor laser diode according to the present invention, it is preferable that the N-type cladding layer is formed of N-type InP and the P-type cladding layer is formed of P-type InP.
[0011]
In the semiconductor laser diode according to the present invention, the N-type block layer may be formed in contact with the N-type cladding layer on a side surface of the mesa portion.
[0012]
In the semiconductor laser diode according to the present invention, the N-type block layer is preferably formed so as to cover a side surface of the mesa portion. In this way, it is possible to prevent interdiffusion of impurities between the P-type cladding layer and the high resistance layer.
[0013]
The method for manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention includes a plurality of N-type cladding layers, a P-type cladding layer, and an active layer positioned between the N-type and P-type cladding layers on an N-type semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor laser diode, comprising: a mesa portion in which semiconductor layers are stacked; and a high resistance block layer made of InP with high resistance and positioned on both sides of the mesa portion,
By laminating the plurality of semiconductor layers and etching the both sides of the mask to the middle of the N-type cladding layer using a mask formed with a predetermined width so that the longitudinal direction coincides with the resonance direction. A first step of forming a mesa portion;
A second step of growing a P-type InP layer on the side surface of the mesa portion and the upper surface of the N-type cladding layer located on both sides of the mesa portion;
A third step of growing an N-type InP layer on the P-type InP layer;
And a fourth step of removing the P-type InP layer formed on the side surface of the mesa portion by etching using a halogen-based gas.
[0014]
In the method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention, the fourth step is performed after the third step, and the P-type InP layer formed on the side surface of the mesa portion in the fourth step. In addition, the N-type InP layer may be removed.
[0015]
Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention, the fourth step may be performed after the second step and before the third step.
[0016]
Furthermore, in the method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention, after the third step, the N-type InP layer formed on the side surface of the mesa portion is removed by etching using a halogen-based gas. You may make it include a 5th process.
[0017]
In the optical modulator according to the present invention, a plurality of semiconductor layers including an N-type cladding layer, a P-type cladding layer, and an active layer located between the N-type and P-type cladding layers are formed on an N-type semiconductor substrate. A mesa portion formed by lamination and a high resistance block layer made of high-resistance InP and positioned on both sides of the mesa portion. The mesa portion has both sides of the mesa portion halfway through the N-type cladding layer. An optical modulator formed by etching, which is formed on a P-type block layer made of N-type InP formed on the N-type cladding layer on both sides of the mesa portion and on the P-type block layer N-type block layer made of N-type InP and the N-type block layer block Forming a current blocking layer comprising the high resistance blocking layer formed on the layer; and The N-type cladding layer and the high resistance block layer are in contact with each other at the side surface of the mesa portion. The P-type block layer is not formed between the mesa portion and the high-resistance block layer.
In this way, a PN junction interface constituted by the P-type block layer and the N-type block layer is formed in addition to the high-resistance block layer in the current block layers on both sides of the mesa portion. Characteristics can be improved. In addition, since no P-type block layer is formed between the mesa portion and the high resistance block layer, the leakage current can be reduced.
[0018]
In the optical modulator according to the present invention, it is preferable that the N-type cladding layer is made of N-type InP and the P-type cladding layer is made of P-type InP.
[0019]
Furthermore, in the optical modulator according to the present invention, the N-type block layer may be formed in contact with the N-type cladding layer on a side surface of the mesa portion.
[0020]
Furthermore, in the optical modulator according to the present invention, it is preferable that the N-type block layer is formed so as to cover a side surface of the mesa portion.
[0021]
The semiconductor laser diode with an optical modulator according to the present invention includes an N-type cladding layer, a P-type cladding layer, and an active layer positioned between the N-type and P-type cladding layers on an N-type semiconductor substrate. And a high resistance block layer made of high-resistance InP and positioned on both sides of the mesa portion, the mesa portion having both sides of the mesa portion with the N-type cladding. A semiconductor laser diode with an optical modulator formed by etching partway through the layer and having an active layer in a part of the mesa portion as a light absorption layer, on the N-type cladding layer on both sides of the mesa portion A P-type block layer made of N-type InP and an N-type block layer made of N-type InP formed on the P-type block layer and the N-type block Forming a current blocking layer comprising the high resistance blocking layer formed on the layer; and The N-type cladding layer and the high resistance block layer are in contact with each other at the side surface of the mesa portion. The P-type block layer is not formed between the mesa portion and the high-resistance block layer.
In this way, a PN junction interface constituted by the P-type block layer and the N-type block layer is formed in addition to the high-resistance block layer in the current block layers on both sides of the mesa portion. Characteristics can be improved. In addition, since no P-type block layer is formed between the mesa portion and the high resistance block layer, the leakage current can be reduced.
[0022]
In the semiconductor laser diode with an optical modulator according to the present invention, the N-type cladding layer is preferably made of N-type InP, and the P-type cladding layer is preferably made of P-type InP.
[0023]
Furthermore, in the semiconductor laser diode with an optical modulator according to the present invention, the N-type block layer may be formed so as to be in contact with the N-type cladding layer on a side surface of the mesa portion.
[0024]
Furthermore, in the semiconductor laser diode with an optical modulator according to the present invention, it is preferable that the N-type block layer is formed so as to cover the side surface of the mesa portion.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, semiconductor laser diodes according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor laser diode according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the semiconductor laser diode according to the first embodiment includes an N-
[0026]
In the first embodiment, the mesa portion is formed by etching both sides of the mesa portion to the middle of the N-
That is, in the semiconductor laser diode of the first embodiment, the current blocking layer has a stacked structure of a P-type InP layer, an N-type InP layer, an Fe-doped InP layer, and an N-type InP layer, and a P-type InP layer and an N-type InP. The layer is configured not to be formed on the side surface of the mesa portion.
[0027]
In the semiconductor laser diode of the first embodiment, an N-type
[0028]
In the semiconductor laser diode of the first embodiment configured as described above, the high-
In addition, since the high
[0029]
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor laser diode according to the first embodiment will be described.
In this manufacturing method, an N-
Next, as shown in FIG. 2B, using methane dry etching or the like, 2 By removing the semiconductor layers on both sides of the insulating
[0030]
Then, as shown in FIG. 2C, a P-type InP block layer 11a and an N-type InP block layer 12a are grown by MOCVD. At this time, the P-type InP block layer 11a and the N-type InP block layer 12a are made of SiO. 2 Except for the upper surface of the mesa portion on which the insulating
[0031]
After the P-type InP block layer 11a and the N-type InP block layer 12a are grown in this way, phosphine (PH Three ) And hydrogen chloride (HCl) gas. This hydrogen chloride (HCl) gas has a property of etching the InP layer, and in particular, the thickness of the N-
[0032]
In this manufacturing method, hydrogen chloride (HCl) gas is used, but the present invention is not limited to hydrogen chloride HCl gas, and the same effect can be obtained with other halogen-based gases. In addition, each plane orientation of the upper surface of the P-type InP block layer 11a and the N-type InP block layer 12a located on both sides of the mesa portion side surface and the mesa portion of the P-type InP block layer 11a and N-type InP block layer 12a is as described above. The same effect can be obtained not only in the plane orientation but also in other plane orientations capable of anisotropic etching. That is, the manufacturing method of the present invention is not limited by the plane orientation of the upper surface of the N-
[0033]
Next, as shown in FIG. 2E, the high-
And SiO 2 After removing the insulating
The semiconductor laser diode according to the first embodiment shown in FIG. 1 can be manufactured through the steps as described above.
In this manufacturing method, after the P-type InP block layer 11a and the N-type InP block layer 12a are grown, phosphine (PH Three ) And hydrogen chloride (HCl) gas are flown to selectively etch only the InP layer formed on the side surface of the mesa. In this way, a structure in which only the InP layer on the side surface of the mesa portion is easily removed and the P-type
[0034]
Next, the semiconductor laser diode according to the second embodiment of the present invention will be described.
Here, first, a method of manufacturing the semiconductor laser diode of the second embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals.
In this manufacturing method, the mesa portion is formed in the same manner as in the manufacturing method of the first embodiment (FIG. 5A).
[0035]
Next, as shown in FIG. 5B, a P-type
After growing the P-type
Next, as shown in FIG. 5D, an N-type InP block layer 22a is grown as it is in an MOCVD furnace.
[0036]
Then, after growing the N-type InP block layer 22a, the phosphine PH in the MOCVD furnace. Three Then, hydrogen chloride HCl gas is flowed to selectively etch only the N-type InP block layer 22a formed on the side surface of the mesa portion whose surface is the (1/10) plane. In this way, as shown in FIG. 5E, the N-type
Next, the high
And SiO 2 After removing the insulating
[0037]
Through the manufacturing process as described above, the semiconductor laser diode according to the second embodiment of the present invention is manufactured.
Unlike the first embodiment, the semiconductor laser diode according to the second embodiment configured as described above is formed so that the N-type
The semiconductor laser diode according to the second embodiment configured as described above can increase the breakdown voltage and reduce the leakage current, as in the first embodiment.
In the semiconductor laser diode of the second embodiment, since the P-
[0038]
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor laser diode according to the third embodiment of the present invention. The semiconductor laser diode according to the third embodiment is the same as that of the semiconductor laser diode according to the second embodiment except that the N-type
That is, in the semiconductor laser diode of the third embodiment, the N-type
[0039]
In this way, since the N-type
That is, Zn which is a dopant of the P-
[0040]
Next, a method for manufacturing the semiconductor laser diode of the third embodiment will be described with reference to FIG.
In this manufacturing method, the process up to forming the P-type
Then, as shown in FIG. 7D, an N-type
[0041]
Next, without etching the N-type
And SiO 2 After removing the insulating
The semiconductor laser diode of the third embodiment can be manufactured by the manufacturing process as described above.
[0042]
Hereinafter, modifications according to the present invention will be described.
Modification 1 (optical modulator).
In each of the above embodiments, the semiconductor laser diode has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to an optical modulator having the same layer configuration as each of the above embodiments. In this optical modulator, the InGaAsP strain quantum well layer used as the active layer in each embodiment operates as a light absorption layer, and the light absorption rate of the light absorption layer is applied to the P-side and N-side electrodes. It changes corresponding to and functions as an optical modulator.
In the present optical modulator, the composition and thickness of the barrier layer and well layer of the InGaAsP strained quantum well layer, which is a light absorption layer, are appropriately set according to the wavelength of light to be absorbed.
The optical modulator configured as described above can have a high breakdown voltage and a low leakage current for the same reason as in each of the above-described embodiments, so that excellent optical modulator characteristics can be obtained.
[0043]
Modification 2 (semiconductor laser diode with optical modulator).
As described in the first modification, the semiconductor layer structure according to the present invention can be applied not only to a semiconductor laser diode but also to an optical modulator. Therefore, since the semiconductor laser diode of each embodiment and the optical modulator described in
With this configuration, the laser beam output from the semiconductor laser diode can be modulated by the optical modulator and output.
This semiconductor laser diode with a modulator can have a high breakdown voltage and a low leakage current for the same reason as in the above-described embodiments, so that excellent laser characteristics and optical modulator characteristics can be obtained.
[0044]
Other variations.
In each of the above-described embodiments and modifications, N-type InP and P-type InP are used as the N-type cladding layer and the P-type cladding layer, respectively, but the present invention is not limited to this, and other semiconductor layers such as AlInAs are used. May be used as N-type and P-type cladding layers. Even when configured as described above, the same effects as the above-described embodiments and modifications can be obtained.
[0045]
In each of the above embodiments and modifications, the InGaAsP strained quantum well layer is used as the active layer (light absorption layer). However, the present invention is not limited to this, and other strained quantum well layers such as AlGaInAs are used. It may be used. Even when configured as described above, the same effects as the above-described embodiments and modifications can be obtained.
In the present invention, the active layer (light absorption layer) is not limited to the quantum well structure, and a relatively thick active layer may be used. Even when configured as described above, the same effects as the above-described embodiments and modifications can be obtained.
[0046]
【The invention's effect】
As described above in detail, the semiconductor laser diode according to the present invention includes the mesa portion on the N-type semiconductor substrate, and the P-type InP formed on the N-type cladding layer on both sides of the mesa portion. A current blocking layer including a P-type blocking layer, an N-type blocking layer made of N-type InP formed on the P-type blocking layer, and the high-resistance blocking layer formed on the N-type cladding layer. The P-type block layer is not formed between the mesa portion and the high-resistance block layer.
As a result, a PN junction interface constituted by the P-type block layer and the N-type block layer in addition to the high-resistance block layer is formed in the current block layers on both sides of the mesa portion. In addition, since no P-type block layer is formed between the mesa portion and the high resistance block layer, the leakage current can be reduced.
Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser diode capable of increasing the output and reducing the leakage current.
[0047]
In the semiconductor laser diode according to the present invention, the N-type cladding layer is formed of N-type InP, and the P-type cladding layer is formed of P-type InP, so that it is easy at a wavelength capable of low-loss transmission in an optical fiber. Therefore, it is possible to provide a semiconductor laser diode for optical communication that can oscillate rapidly, increase output, and reduce leakage current.
[0048]
Further, in the semiconductor laser diode according to the present invention, even if the N-type block layer is formed so as to be in contact with the N-type cladding layer on the side surface of the mesa portion, the output can be increased and the leakage current can be reduced. It is possible to provide a semiconductor laser diode capable of satisfying the requirements.
[0049]
Further, in the semiconductor laser diode according to the present invention, the N-type block layer is formed so as to cover the side surface of the mesa portion, so that the interdiffusion of impurities between the P-type cladding layer and the high-resistance layer. The leakage current can be further reduced.
[0050]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor laser diode, the first step of forming the mesa portion by stacking the plurality of semiconductor layers, and the P-type InP layer. Etch the second step of growing the N-type, the third step of growing the N-type InP layer on the P-type InP layer, and the P-type InP layer formed on the side surface of the mesa portion using a halogen-based gas. 4th process removed by this. According to this manufacturing method, in addition to the high-resistance block layer, the P-type block layer and the N-type block layer can form a PN junction interface on the current block layers on both sides of the mesa portion. A P-type block layer can be prevented from being formed between the high-resistance block layer. Therefore, the semiconductor laser diode manufactured by the present manufacturing method can improve the withstand voltage characteristics and reduce the leakage current, so that a semiconductor laser diode capable of increasing the output can be manufactured.
[0051]
In the method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention, the fourth step is performed after the third step, and the P-type InP layer formed on the side surface of the mesa portion in the fourth step. Further, by removing the N-type InP layer, the number of etching processes can be reduced and the process can be simplified.
[0052]
Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention, the fourth step is performed after the second step and before the third step, whereby the N-type InP layer is mesa. Thus, a semiconductor laser diode that can further reduce the leakage current can be manufactured.
[0053]
Furthermore, in the method for manufacturing a semiconductor laser diode according to the present invention, after the third step, the N-type InP layer formed on the side surface of the mesa portion is removed by etching using a halogen-based gas. Even if the fifth step is included, the breakdown voltage characteristics can be improved and the leakage current can be reduced, so that a semiconductor laser diode capable of high output can be manufactured.
[0054]
An optical modulator according to the present invention is formed on the mesa portion, a P-type block layer made of P-type InP formed on the N-type cladding layer on both sides of the mesa portion, and the P-type block layer. A current blocking layer including an N-type block layer made of N-type InP and the high-resistance blocking layer formed on the N-type cladding layer, and the mesa portion and the high-resistance blocking layer The P-type block layer was not formed between them. As a result, a PN junction interface constituted by the P-type block layer and the N-type block layer in addition to the high-resistance block layer is formed in the current block layers on both sides of the mesa portion. Since the P-type block layer is not formed between the mesa portion and the high-resistance block layer, the leakage current can be reduced. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an optical modulator that can perform high-speed modulation, increase output, and reduce leakage current.
[0055]
In the optical modulator according to the present invention, the N-type cladding layer is made of N-type InP and the P-type cladding layer is made of P-type InP, thereby providing an optical modulator suitable for optical communication. .
[0056]
Furthermore, in the optical modulator according to the present invention, even if the N-type block layer is formed on the side surface of the mesa portion so as to be in contact with the N-type cladding layer, the output can be increased and the leakage current can be reduced. An optical modulator that can be provided can be provided.
[0057]
Still further, in the optical modulator according to the present invention, the N-type block layer is formed so as to cover a side surface of the mesa portion, so that impurities between the P-type cladding layer and the InP high-resistance layer are formed. Since mutual diffusion can be prevented, an optical modulator with a smaller leakage current can be provided.
[0058]
A semiconductor laser diode with an optical modulator according to the present invention includes the mesa portion, and a P-type block layer made of P-type InP and an N-type formed on the P-type block layer on both sides of the mesa portion. A current blocking layer including an N-type blocking layer made of InP and the high-resistance blocking layer formed on the N-type cladding layer is formed, and between the mesa portion and the high-resistance blocking layer The P-type block layer was not formed. As a result, a PN junction interface constituted by the P-type block layer and the N-type block layer in addition to the high-resistance block layer is formed in the current block layers on both sides of the mesa portion. Can be improved. In addition, since no P-type block layer is formed between the mesa portion and the high resistance block layer, the leakage current can be reduced. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a semiconductor laser diode with an optical modulator that can perform high-speed modulation, increase output, and reduce leakage current.
[0059]
Further, the semiconductor laser diode with an optical modulator according to the present invention is an optical modulator suitable for optical communication by forming the N-type cladding layer with N-type InP and the P-type cladding layer with P-type InP. A semiconductor laser diode with a device can be provided.
[0060]
Furthermore, in the semiconductor laser diode with an optical modulator according to the present invention, even if the N-type block layer is formed in contact with the N-type cladding layer on the side surface of the mesa portion, high-speed modulation is possible and high It is possible to provide a semiconductor laser diode with an optical modulator capable of achieving output and reducing leakage current.
[0061]
Still further, in the semiconductor laser diode with an optical modulator according to the present invention, the N-type block layer is formed so as to cover the side surface of the mesa portion, whereby the semiconductor laser diode with an optical modulator with a smaller leakage current is formed. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor laser diode according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing the flow of main processes in the method of manufacturing a semiconductor laser diode of the first embodiment. FIG.
FIG. 3 is a graph showing the plane orientation dependence of the etching rate of the InP layer.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor laser diode according to a second embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing the flow of main processes in the method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the second embodiment. FIG.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor laser diode according to a third embodiment of the present invention.
7 is a cross-sectional view showing the flow of main processes in the method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the third embodiment. FIG.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor laser diode.
9 is a graph showing current-light output characteristics of the semiconductor laser diode of FIG.
10 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor laser diode different from FIG.
[Explanation of symbols]
1 N-type InP substrate, 2 N-type InP clad layer, 3 InGaAsP strained quantum well active layer, 4 P-type InP clad layer, 5 Fe-doped InP high resistance layer, 6 N-type InP block layer, 7 P-type InP layer, 8 P type InGaAs contact layer, 9 P type electrode, 10 N type electrode, 11, 21 P type InP high resistance layer, 12, 22, 32 N type InP high resistance layer.
Claims (16)
上記メサ部の両側に上記N型クラッド層上に形成されたP型InPからなるP型ブロック層と該P型ブロック層上に形成されたN型InPからなるN型ブロック層と該N型ブロック層上に形成された上記高抵抗ブロック層とを含んでなる電流ブロック層を形成しかつ、上記メサ部の側面においてN型クラッド層と上記高抵抗ブロック層とを接するようにして上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間には上記P型ブロック層を形成しないようにしたことを特徴とする半導体レーザダイオード。A mesa portion in which a plurality of semiconductor layers including an N-type cladding layer, a P-type cladding layer, and an active layer positioned between the N-type and P-type cladding layers are stacked on an N-type semiconductor substrate, and a high resistance And a high resistance block layer formed on the both sides of the mesa portion, and the mesa portion is formed by etching both sides of the mesa portion to the middle of the N-type cladding layer. Because
A P-type block layer made of P-type InP formed on the N-type cladding layer on both sides of the mesa portion, an N-type block layer made of N-type InP formed on the P-type block layer, and the N-type block Forming a current blocking layer including the high resistance block layer formed on the layer, and in contact with the N-type cladding layer and the high resistance block layer on a side surface of the mesa portion; A semiconductor laser diode characterized in that the P-type block layer is not formed between the high-resistance block layer.
上記複数の半導体層を積層して、長手方向が共振方向に一致するように所定の幅に形成されたマスクを用いて該マスクの両側を上記N型クラッド層の途中までエッチングされることにより上記メサ部を形成する第1工程と、
上記メサ部の側面と上記メサ部の両側に位置する上記N型クラッド層上面とにP型InP層を成長させる第2工程と、
上記P型InP層上にN型InP層を成長させる第3工程と、
上記メサ部の側面に形成されたP型InP層をハロゲン系のガスを用いてエッチングすることにより除去する第4工程とを含むことを特徴とする半導体レーザダイオードの製造方法。A mesa portion in which a plurality of semiconductor layers including an N-type cladding layer, a P-type cladding layer, and an active layer positioned between the N-type and P-type cladding layers are stacked on an N-type semiconductor substrate, and a high resistance A method of manufacturing a semiconductor laser diode comprising a high-resistance block layer made of InP and positioned on both sides of the mesa portion,
By laminating the plurality of semiconductor layers and etching the both sides of the mask to the middle of the N-type cladding layer using a mask formed with a predetermined width so that the longitudinal direction coincides with the resonance direction. A first step of forming a mesa portion;
A second step of growing a P-type InP layer on the side surface of the mesa portion and the upper surface of the N-type cladding layer located on both sides of the mesa portion;
A third step of growing an N-type InP layer on the P-type InP layer;
And a fourth step of removing the P-type InP layer formed on the side surface of the mesa portion by etching using a halogen-based gas.
上記メサ部の両側に上記N型クラッド層上に形成されたN型InPからなるP型ブロック層と該P型ブロック層上に形成されたN型InPからなるN型ブロック層と該N型ブロック層上に形成された上記高抵抗ブロック層とを含んでなる電流ブロック層を形成しかつ、上記メサ部の側面においてN型クラッド層と上記高抵抗ブロック層とを接するようにして上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間には上記P型ブロック層を形成しないようにしたことを特徴とする光変調器。A mesa portion in which a plurality of semiconductor layers including an N-type cladding layer, a P-type cladding layer, and an active layer positioned between the N-type and P-type cladding layers are stacked on an N-type semiconductor substrate, and a high resistance And an optical modulator formed by etching the both sides of the mesa portion up to the middle of the N-type cladding layer. Because
A P-type block layer made of N-type InP formed on the N-type cladding layer on both sides of the mesa portion, an N-type block layer made of N-type InP formed on the P-type block layer, and the N-type block Forming a current blocking layer including the high resistance block layer formed on the layer, and in contact with the N-type cladding layer and the high resistance block layer on a side surface of the mesa portion; An optical modulator characterized in that the P-type block layer is not formed between the high-resistance block layer.
上記メサ部の両側に上記N型クラッド層上に形成されたN型InPからなるP型ブロック層と該P型ブロック層上に形成されたN型InPからなるN型ブロック層と該N型ブロック層上に形成された上記高抵抗ブロック層とを含んでなる電流ブロック層を形成しかつ、上記メサ部の側面においてN型クラッド層と上記高抵抗ブロック層とを接するようにして上記メサ部と上記高抵抗ブロック層との間には上記P型ブロック層を形成しないようにしたことを特徴とする光変調器付半導体レーザダイオード。A mesa portion in which a plurality of semiconductor layers including an N-type cladding layer, a P-type cladding layer, and an active layer positioned between the N-type and P-type cladding layers are stacked on an N-type semiconductor substrate, and a high resistance A high resistance block layer made of InP and positioned on both sides of the mesa portion, and the mesa portion is formed by etching both sides of the mesa portion to the middle of the N-type cladding layer. A semiconductor laser diode with an optical modulator having a light absorption layer as an active layer in a part of
A P-type block layer made of N-type InP formed on the N-type cladding layer on both sides of the mesa portion, an N-type block layer made of N-type InP formed on the P-type block layer, and the N-type block Forming a current blocking layer including the high resistance block layer formed on the layer, and in contact with the N-type cladding layer and the high resistance block layer on a side surface of the mesa portion; A semiconductor laser diode with an optical modulator, wherein the P-type block layer is not formed between the high-resistance block layer.
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