JPH09266349A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
- Publication number
- JPH09266349A JPH09266349A JP7369096A JP7369096A JPH09266349A JP H09266349 A JPH09266349 A JP H09266349A JP 7369096 A JP7369096 A JP 7369096A JP 7369096 A JP7369096 A JP 7369096A JP H09266349 A JPH09266349 A JP H09266349A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- inp
- carrier recombination
- sch
- thick
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2206—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on III-V materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2222—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties
- H01S5/2227—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties special thin layer sequence
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/227—Buried mesa structure ; Striped active layer
- H01S5/2272—Buried mesa structure ; Striped active layer grown by a mask induced selective growth
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Geometry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Thyristors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】選択成長によるｐｎｐｎサイリスタ構造を有す
る半導体レーザにおいて、内部損失が増えるデメリット
のないように、ターンオン防止のキャリア再結合層を挿
入し、閾値の低減、温度特性の向上、最大光出力の向上
を実現する。 【解決手段】バッファー層付ｐ型ＩｎＰ基板の上に、ｐ
−クラッド層４、ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５、ｎ−クラッド
層１０の台形形状の選択成長部があり、１．３μｍ光の
導波部となっている。その左右には、下から順に、ｐ−
ＩｎＰ埋込層１２、ｎ−ＩｎＰ部層１３が０．４μｍ、
ｐ−ＩｎＰ部層１４が１．２μｍ、１．３μｍ組成４元
ウェル／１．０５μｍ組成４元バリアのＳＣＨ−ＭＱＷ
キャリア再結合層１５が０．１μｍある。これら全体を
埋め込む形で、ｎ−ＩｎＰクラッド埋込層１７と、その
上部にｎ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１８が０．４μ
ｍある。
る半導体レーザにおいて、内部損失が増えるデメリット
のないように、ターンオン防止のキャリア再結合層を挿
入し、閾値の低減、温度特性の向上、最大光出力の向上
を実現する。 【解決手段】バッファー層付ｐ型ＩｎＰ基板の上に、ｐ
−クラッド層４、ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５、ｎ−クラッド
層１０の台形形状の選択成長部があり、１．３μｍ光の
導波部となっている。その左右には、下から順に、ｐ−
ＩｎＰ埋込層１２、ｎ−ＩｎＰ部層１３が０．４μｍ、
ｐ−ＩｎＰ部層１４が１．２μｍ、１．３μｍ組成４元
ウェル／１．０５μｍ組成４元バリアのＳＣＨ−ＭＱＷ
キャリア再結合層１５が０．１μｍある。これら全体を
埋め込む形で、ｎ−ＩｎＰクラッド埋込層１７と、その
上部にｎ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１８が０．４μ
ｍある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体装置に関
し、特にｐｎｐｎのサイリスタ構造による電流ブロック
構造を、有機金属気相成長法により結晶成長する、半導
体レーザ、光変調器などや、これらを集積化した光半導
体装置に関する。
し、特にｐｎｐｎのサイリスタ構造による電流ブロック
構造を、有機金属気相成長法により結晶成長する、半導
体レーザ、光変調器などや、これらを集積化した光半導
体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】加入者系の光通信では、低コスト化のた
めに、ペルチェ素子等による温度調節や、Ａｕｔｏ Ｐ
ｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ（通常、ＡＰＣという。）の
不要な半導体レーザが望まれている。このような用途
や、高光出力の半導体レーザを得るためには、サイリス
タ構造のｐｎｐｎ電流ブロック層が、高温時や、高電流
注入時に、ターンオンしにくい構造が望まれる。ブロッ
ク層でのチャージアップによるターンオンを防ぐ為に
は、ブロック層にキャリア再結合層を挿入するＲＩＢ−
ＰＢＨ（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ Ｉ
ｎｓｅｒｔｅｄ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ−Ｐｌａｎａｒ Ｂ
ｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）レーザ
が研究されており、この例として、第１４回レーザ コ
ンファレンスの論文番号ＰＤ９、Ｔ．Ｔｅｒａｋａｄ
ｏ，ｅｔ ａｌ．，“ＥｘｔｒｅｍｅｌｙＬｏｗ Ｔｈ
ｒｅｓｈｏｌｄｓ １．３μｍ Ｓｔｒａｉｎｅｄ Ｍ
ＱＷ Ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｎｏｖｅｌ Ｐ−ｓｕ
ｂｓｔｒａｔｅ Ｂｕｒｉｅｄ−Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕ
ｃｔｕｒｅ（ＲＩＢＰＢＨ）Ｇｒｏｗｎ ｂｙ ＭＯＶ
ＰＥＵｓｉｎｇ ＴＢＡ ａｎｄ ＴＢＰ”，（１４ｔ
ｈ Ｌａｓｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐａｐｅｒ
ＰＤ９（１９９４））がある。
めに、ペルチェ素子等による温度調節や、Ａｕｔｏ Ｐ
ｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ（通常、ＡＰＣという。）の
不要な半導体レーザが望まれている。このような用途
や、高光出力の半導体レーザを得るためには、サイリス
タ構造のｐｎｐｎ電流ブロック層が、高温時や、高電流
注入時に、ターンオンしにくい構造が望まれる。ブロッ
ク層でのチャージアップによるターンオンを防ぐ為に
は、ブロック層にキャリア再結合層を挿入するＲＩＢ−
ＰＢＨ（Ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｌａｙｅｒ Ｉ
ｎｓｅｒｔｅｄ Ｂｌｏｃｋｉｎｇ−Ｐｌａｎａｒ Ｂ
ｕｒｉｅｄ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）レーザ
が研究されており、この例として、第１４回レーザ コ
ンファレンスの論文番号ＰＤ９、Ｔ．Ｔｅｒａｋａｄ
ｏ，ｅｔ ａｌ．，“ＥｘｔｒｅｍｅｌｙＬｏｗ Ｔｈ
ｒｅｓｈｏｌｄｓ １．３μｍ Ｓｔｒａｉｎｅｄ Ｍ
ＱＷ Ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ Ｎｏｖｅｌ Ｐ−ｓｕ
ｂｓｔｒａｔｅ Ｂｕｒｉｅｄ−Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕ
ｃｔｕｒｅ（ＲＩＢＰＢＨ）Ｇｒｏｗｎ ｂｙ ＭＯＶ
ＰＥＵｓｉｎｇ ＴＢＡ ａｎｄ ＴＢＰ”，（１４ｔ
ｈ Ｌａｓｅｒ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐａｐｅｒ
ＰＤ９（１９９４））がある。
【０００３】更に、低コスト化のために、均一性、再現
性を向上させる半導体エッチング工程不要のＡＳＭ（Ａ
ｌｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ＭＯＶＰＥ ｇｒｏｗｎ）
レーザが研究されており、これらの２つの設計を合わせ
たＡＳＭ−ＲＩＢ−ＰＢＨレーザが特願平７−７５１０
３「光半導体装置とその製造方法」に述べられている。
以下、このＡＳＭ−ＲＩＢ−ＰＢＨ−ＬＤについて、図
面を参照して詳細に説明する。この種の従来の半導体レ
ーザは、横断面図で図５のようになっている。この製造
において、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰのエピタキシャル成
長は、有機金属結晶成長（以下、ＭＯ−ＶＰＥとよ
ぶ。）法で行う。ＭＯ−ＶＰＥの原料ガスは、トリメチ
ルインジウム（以下、ＴＭＩと呼ぶ。）、トリメチルガ
リウム（以下、ＴＭＧという。）、アルシン（以下、Ａ
ｓＨ３という。）、フォスフィン（以下、ＰＨ３とい
う。）を用い、有機金属は、水素のバブリングにより供
給する。ドーピングについては、適宜、ジシラン（以
下、Ｓｉ２Ｈ６という。）、ジメチルジンク（以下、Ｄ
ＭＺｎという。）を水素で希釈したガスを用いる。
性を向上させる半導体エッチング工程不要のＡＳＭ（Ａ
ｌｌ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ＭＯＶＰＥ ｇｒｏｗｎ）
レーザが研究されており、これらの２つの設計を合わせ
たＡＳＭ−ＲＩＢ−ＰＢＨレーザが特願平７−７５１０
３「光半導体装置とその製造方法」に述べられている。
以下、このＡＳＭ−ＲＩＢ−ＰＢＨ−ＬＤについて、図
面を参照して詳細に説明する。この種の従来の半導体レ
ーザは、横断面図で図５のようになっている。この製造
において、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓＰのエピタキシャル成
長は、有機金属結晶成長（以下、ＭＯ−ＶＰＥとよ
ぶ。）法で行う。ＭＯ−ＶＰＥの原料ガスは、トリメチ
ルインジウム（以下、ＴＭＩと呼ぶ。）、トリメチルガ
リウム（以下、ＴＭＧという。）、アルシン（以下、Ａ
ｓＨ３という。）、フォスフィン（以下、ＰＨ３とい
う。）を用い、有機金属は、水素のバブリングにより供
給する。ドーピングについては、適宜、ジシラン（以
下、Ｓｉ２Ｈ６という。）、ジメチルジンク（以下、Ｄ
ＭＺｎという。）を水素で希釈したガスを用いる。
【０００４】まず、最初に、表面の面方位が（１００）
面のｐ型ＩｎＰ基板１上に、ｐ−ＩｎＰバッファー層２
を２μｍ成長した後、［０１１］方向の１．５μｍ幅ス
トライプで開口した二酸化シリコン膜を形成する。この
二酸化シリコン膜を成長素子マスクとして、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層４を５０ｎｍ、ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５を１６
０ｎｍ、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０を２００ｎｍ選択成
長する。ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５のバンドダイアグラム
は、図４に示す。ＳＣＨとは、ＳｅｐａｒａｔｅＣｏｎ
ｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
（分離閉じ込めヘテロ構造）のことであり、歪ＭＱＷ層
をはさんで、バンドギャップ波長が１．０５μｍのｎ−
Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78ガイド層６と、Ｉｎ
0.9 Ｇａ0.1Ａｓ0.22Ｐ0.78ガイド層９が、５０ｎｍづ
つあることにより、導波光を閉じ込める機能を有してい
る。ＭＱＷとは、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎ
ｔｕｍＷｅｌｌ）のことであり、この例では、４．５ｎ
ｍの厚さの１％圧縮歪Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.52Ｐ0.48
ウェル層７を５層有し、その間にバンドギャップ波長が
１．０５μｍの無歪のＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78
バリア層８を１０ｎｍづつ配している。このＳＣＨ−歪
ＭＱＷ層５は１．３μｍの波長で発振する活性層とな
る。
面のｐ型ＩｎＰ基板１上に、ｐ−ＩｎＰバッファー層２
を２μｍ成長した後、［０１１］方向の１．５μｍ幅ス
トライプで開口した二酸化シリコン膜を形成する。この
二酸化シリコン膜を成長素子マスクとして、ｐ−ＩｎＰ
クラッド層４を５０ｎｍ、ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５を１６
０ｎｍ、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０を２００ｎｍ選択成
長する。ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５のバンドダイアグラム
は、図４に示す。ＳＣＨとは、ＳｅｐａｒａｔｅＣｏｎ
ｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
（分離閉じ込めヘテロ構造）のことであり、歪ＭＱＷ層
をはさんで、バンドギャップ波長が１．０５μｍのｎ−
Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78ガイド層６と、Ｉｎ
0.9 Ｇａ0.1Ａｓ0.22Ｐ0.78ガイド層９が、５０ｎｍづ
つあることにより、導波光を閉じ込める機能を有してい
る。ＭＱＷとは、多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎ
ｔｕｍＷｅｌｌ）のことであり、この例では、４．５ｎ
ｍの厚さの１％圧縮歪Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.52Ｐ0.48
ウェル層７を５層有し、その間にバンドギャップ波長が
１．０５μｍの無歪のＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78
バリア層８を１０ｎｍづつ配している。このＳＣＨ−歪
ＭＱＷ層５は１．３μｍの波長で発振する活性層とな
る。
【０００５】この選択成長部は、（１００）面と（１１
１）Ｂ面で囲まれた台形形状になっており、この上全面
に、二酸化シリコン膜を４５０ｎｍ堆積させる。この
時、選択成長部の（１１１）Ｂ面上では二酸化シリコン
膜の厚さは３６０ｎｍとなる。これを希釈したバッファ
ード弗酸によりエッチングし、斜面上では、二酸化シリ
コン膜が完全に除去され、台形の上部には４０ｎｍ二酸
化シリコン膜が残るようにする。次に、選択成長部をま
たぐ形で、５μｍ幅で、ポジレジストをフォトリソグラ
フィにより形成し、バッファード弗酸により、二酸化シ
リコン膜をエッチングする。このエッチングにより、選
択成長部以外の（１００）面上の二酸化シリコン膜は、
サイドエッチングにより完全に除去されるが、選択成長
部の上の（１００）面上の二酸化シリコン膜は、（１１
１）Ｂ面で二酸化シリコン膜がとぎれているため、サイ
ドエッチングされることなく残すことができる。
１）Ｂ面で囲まれた台形形状になっており、この上全面
に、二酸化シリコン膜を４５０ｎｍ堆積させる。この
時、選択成長部の（１１１）Ｂ面上では二酸化シリコン
膜の厚さは３６０ｎｍとなる。これを希釈したバッファ
ード弗酸によりエッチングし、斜面上では、二酸化シリ
コン膜が完全に除去され、台形の上部には４０ｎｍ二酸
化シリコン膜が残るようにする。次に、選択成長部をま
たぐ形で、５μｍ幅で、ポジレジストをフォトリソグラ
フィにより形成し、バッファード弗酸により、二酸化シ
リコン膜をエッチングする。このエッチングにより、選
択成長部以外の（１００）面上の二酸化シリコン膜は、
サイドエッチングにより完全に除去されるが、選択成長
部の上の（１００）面上の二酸化シリコン膜は、（１１
１）Ｂ面で二酸化シリコン膜がとぎれているため、サイ
ドエッチングされることなく残すことができる。
【０００６】この後、ｐ−ＩｎＰ埋込層１２を０．１５
μｍ、ｎ−ＩｎＰブロック層１３を０．４μｍ、ｐ−Ｉ
ｎＰブロック層１４を１．２μｍ、ＩｎＧａＡｓＰバル
クキャリア再結合層１１５を０．１μｍ、ｎ−ＩｎＰ層
を０．２μｍ成長する。さらに、最初の選択成長部の上
にある二酸化シリコン膜を除去後、ｎ−ＩｎＰクラッド
埋込層１７を、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０からみて上へ
２μｍ成長し、続けて、ｎ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１８を０．４μｍ成長する。次に、表面電極１９を
蒸着法やスパッタ法で形成する。続いて、ウェハーの厚
さを１００μｍとする裏面研磨を行い、裏面電極２０を
全面形成する。
μｍ、ｎ−ＩｎＰブロック層１３を０．４μｍ、ｐ−Ｉ
ｎＰブロック層１４を１．２μｍ、ＩｎＧａＡｓＰバル
クキャリア再結合層１１５を０．１μｍ、ｎ−ＩｎＰ層
を０．２μｍ成長する。さらに、最初の選択成長部の上
にある二酸化シリコン膜を除去後、ｎ−ＩｎＰクラッド
埋込層１７を、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０からみて上へ
２μｍ成長し、続けて、ｎ+ −ＩｎＧａＡｓＰコンタク
ト層１８を０．４μｍ成長する。次に、表面電極１９を
蒸着法やスパッタ法で形成する。続いて、ウェハーの厚
さを１００μｍとする裏面研磨を行い、裏面電極２０を
全面形成する。
【０００７】このウェハーを共振器長３００μｍ長に劈
開し、３０％の反射率の前端面コーティング膜を施し、
７５％の反射率の後端面コーティング膜を形成すれば、
閾値電流７ｍＡ．スロープ効率０．４２Ｗ／Ａの半導体
レーザ素子が得られる。スロープ効率とは、発振後の注
入電流に対する前端面から光出力の増加率で定義する。
また、内部損失は、１３ｃｍ−１であった。以上の例に
おいて、半導体材料はＩｎＧａＡｌＡｓ系を用いてもよ
く、一般にＩＩＩ−Ｖ族半導体でも同様に実施すること
ができる。
開し、３０％の反射率の前端面コーティング膜を施し、
７５％の反射率の後端面コーティング膜を形成すれば、
閾値電流７ｍＡ．スロープ効率０．４２Ｗ／Ａの半導体
レーザ素子が得られる。スロープ効率とは、発振後の注
入電流に対する前端面から光出力の増加率で定義する。
また、内部損失は、１３ｃｍ−１であった。以上の例に
おいて、半導体材料はＩｎＧａＡｌＡｓ系を用いてもよ
く、一般にＩＩＩ−Ｖ族半導体でも同様に実施すること
ができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、従来
の技術において、ＩｎＧａＡｓＰバルクキャリア再結合
層１１５を成長する際、ｐ−ＩｎＰブロック層１４の上
の（１００）面上のみならず、（１１１）Ｂ面上にも２
０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰが成長し、光導波路の内部損失
が増大し、閾値電流の上昇、スロープ効率の低下を招く
ことである。のそ理由は、（１１１）Ｂ面上のＩｎＧａ
ＡｓＰが活性層から０．２μｍの距離にまでせまるた
め、光のフィールドが斜面上のＩｎＧａＡｓＰにひっか
かる為である。
の技術において、ＩｎＧａＡｓＰバルクキャリア再結合
層１１５を成長する際、ｐ−ＩｎＰブロック層１４の上
の（１００）面上のみならず、（１１１）Ｂ面上にも２
０ｎｍのＩｎＧａＡｓＰが成長し、光導波路の内部損失
が増大し、閾値電流の上昇、スロープ効率の低下を招く
ことである。のそ理由は、（１１１）Ｂ面上のＩｎＧａ
ＡｓＰが活性層から０．２μｍの距離にまでせまるた
め、光のフィールドが斜面上のＩｎＧａＡｓＰにひっか
かる為である。
【０００９】第２の問題点は、キャリア再結合層におい
て、十分なキャリア再結合効率が得られないために、高
電流注入時に電流ブロック層が十分な機能を果たさず、
高出力飽和をひきおこすことである。その理由は、バル
クの再結合効率が悪いからである。
て、十分なキャリア再結合効率が得られないために、高
電流注入時に電流ブロック層が十分な機能を果たさず、
高出力飽和をひきおこすことである。その理由は、バル
クの再結合効率が悪いからである。
【００１０】本発明は、ＡＳＭ−ＲＩＢ−ＰＢＨ−ＬＤ
において、キャリア再結合層の機能を生かしつつ、キャ
リア再結合層が内部損失の原因とならないようにして、
低閾値電流化、光スロープ効率化を実現することを目的
とする。
において、キャリア再結合層の機能を生かしつつ、キャ
リア再結合層が内部損失の原因とならないようにして、
低閾値電流化、光スロープ効率化を実現することを目的
とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、ｐ型の半導体結晶上に選択成長で形成した活性層を
有する光導波路が形成されており、この光導波路の左右
にｐ−ｎ−ｐブロック層が形成され、さらに光導波路お
よびｐ−ｎ−ｐブロック層の上部にｎ−クラッド層が形
成された構造で、ｐ−ｎ−ｐブロック層とｎ−クラッド
層の間に、多重量子井戸あるいは歪多重量子井戸キャリ
ア再結合層が挿入したことを特徴とする。なお、多重量
子井戸あるいは歪多重量子井戸は分離閉じ込めヘテロ構
造を有していてもよい。また、光導波路内の活性層は、
多重量子井戸あるいは歪多重量子井戸である。また、キ
ャリア再結合層と活性層がこれらより薄い多重量子井戸
あるいは歪多重量子井戸でつながっている。半導体結晶
基板の表面の面方位は（１００）であり、光導波路の方
向は［０１１］方向である。半導体としてはＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体を用いる。
は、ｐ型の半導体結晶上に選択成長で形成した活性層を
有する光導波路が形成されており、この光導波路の左右
にｐ−ｎ−ｐブロック層が形成され、さらに光導波路お
よびｐ−ｎ−ｐブロック層の上部にｎ−クラッド層が形
成された構造で、ｐ−ｎ−ｐブロック層とｎ−クラッド
層の間に、多重量子井戸あるいは歪多重量子井戸キャリ
ア再結合層が挿入したことを特徴とする。なお、多重量
子井戸あるいは歪多重量子井戸は分離閉じ込めヘテロ構
造を有していてもよい。また、光導波路内の活性層は、
多重量子井戸あるいは歪多重量子井戸である。また、キ
ャリア再結合層と活性層がこれらより薄い多重量子井戸
あるいは歪多重量子井戸でつながっている。半導体結晶
基板の表面の面方位は（１００）であり、光導波路の方
向は［０１１］方向である。半導体としてはＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体を用いる。
【００１２】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を
示す断面図である。（１００）面のｐ型ＩｎＰ基板１の
上に、全面にｐ−ＩｎＰバッファー層２が０．４μｍあ
り、その上に、［０１１］方向のストライプ状に、ｐ−
ＩｎＰクラッド層４を５０ｎｍ、ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５
を１６０ｎｍ、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０を２００ｎ
ｍ、順次成長した選択成長部がある。この選択成長部
は、底辺が１．５μｍ幅で、側面が（１１１）Ｂ面の台
形形状をしている。この中のＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５のバ
ンドダイアグラムを図４に示す。歪ＭＱＷ層をはさん
で、バンドギャップ波長が１．０５μｍのｎ−Ｉｎ0.9
Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78ガイド層６と、ｎ−Ｉｎ0.9 Ｇ
ａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78ガイド層９が、５０ｎｍづつあ
り、導波光を閉じ込める機能を有している。歪ＭＱＷ層
は、４．５ｎｍの厚さの１％圧縮歪Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａ
ｓ0.52Ｐ0.48ウェル層７を５層有し、その間にはバンド
ギャップ波長が１．０５μｍの無歪のＩｎ0.9 Ｇａ0.1
Ａｓ0.22Ｐ0.78バリア層８が１０ｎｍづつ配置されてい
る。
て詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を
示す断面図である。（１００）面のｐ型ＩｎＰ基板１の
上に、全面にｐ−ＩｎＰバッファー層２が０．４μｍあ
り、その上に、［０１１］方向のストライプ状に、ｐ−
ＩｎＰクラッド層４を５０ｎｍ、ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５
を１６０ｎｍ、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０を２００ｎ
ｍ、順次成長した選択成長部がある。この選択成長部
は、底辺が１．５μｍ幅で、側面が（１１１）Ｂ面の台
形形状をしている。この中のＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５のバ
ンドダイアグラムを図４に示す。歪ＭＱＷ層をはさん
で、バンドギャップ波長が１．０５μｍのｎ−Ｉｎ0.9
Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78ガイド層６と、ｎ−Ｉｎ0.9 Ｇ
ａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78ガイド層９が、５０ｎｍづつあ
り、導波光を閉じ込める機能を有している。歪ＭＱＷ層
は、４．５ｎｍの厚さの１％圧縮歪Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａ
ｓ0.52Ｐ0.48ウェル層７を５層有し、その間にはバンド
ギャップ波長が１．０５μｍの無歪のＩｎ0.9 Ｇａ0.1
Ａｓ0.22Ｐ0.78バリア層８が１０ｎｍづつ配置されてい
る。
【００１３】最初の選択成長部の両サイドには、この選
択成長部の上面のみを成長阻止するようにして選択成長
した成長層があり、下から順次、ｐ−ＩｎＰ埋込層１２
が０．１５μｍ、ｎ−ＩｎＰブロック層１３が０．４μ
ｍ、ｐ−ＩｎＰブロック層１４が１．２μｍ、ＳＣＨ−
ＭＱＷキャリア再結合層１５が０．１μｍとなってい
る。
択成長部の上面のみを成長阻止するようにして選択成長
した成長層があり、下から順次、ｐ−ＩｎＰ埋込層１２
が０．１５μｍ、ｎ−ＩｎＰブロック層１３が０．４μ
ｍ、ｐ−ＩｎＰブロック層１４が１．２μｍ、ＳＣＨ−
ＭＱＷキャリア再結合層１５が０．１μｍとなってい
る。
【００１４】これらの２回の選択成長の上部を埋め込む
形で、ｎ−ＩｎＰクラッド埋込層１７が、ｎ−ＩｎＰク
ラッド層１０からみて上に２μｍあり、その上部にｎ−
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１８が０．４μｍある。更
に、上面を全面おおう表面電極１９と、ｐ型ＩｎＰ基板
１の下に、裏面電極２０がある構成となっている。
形で、ｎ−ＩｎＰクラッド埋込層１７が、ｎ−ＩｎＰク
ラッド層１０からみて上に２μｍあり、その上部にｎ−
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１８が０．４μｍある。更
に、上面を全面おおう表面電極１９と、ｐ型ＩｎＰ基板
１の下に、裏面電極２０がある構成となっている。
【００１５】次に、本発明の実施の形態の製造方法につ
いて、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して詳細に説明する。
まず、最初に、表面の面方位が（１００）面のｐ型Ｉｎ
Ｐ基板１上全面に、ＭＯ−ＶＰＥ法により、ｐ−ＩｎＰ
バッファー層２を２μｍを成長する。ＩＩＩ族の原料ガ
スは、ＴＭＩ、ＴＭＧである。Ｖ族の原料ガスは、Ａｓ
Ｈ３とＰＨ３である。ドーピングについては、適宜、Ｓ
ｉ２Ｈ６、ＤＭＺｎガスを用いる。最初のＭＯ−ＶＰＥ
成長の後、二酸化シリコン膜を１００ｎｍの厚さで全面
形成し、フォトリソグラフィとドライエッチングによ
り、［０１１］方向の１．５μｍ幅ストライプ開口部を
形成する。この二酸化シリコン膜３を成長阻止マスクと
して、図２（ａ）のように、ｐ−ＩｎＰクラッド層４を
５０ｎｍ、発光波長が１．３μｍのＳＣＨ−歪ＭＱＷ層
５を１６０ｎｍ、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０を２００ｎ
ｍ選択成長する。ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５の成長は、図４
のバンドダイアグラム図に示すように、バンドギャップ
波長が１．０５μｍのｎ−Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ
0.78ガイド層６を５０ｎｍ成長し、次に、４．５ｎｍの
厚さの１％圧縮歪Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.52Ｐ0.48ウェ
ル層７が５層でバンドギャップ波長が１．０５μｍの無
歪のＩｎ0.9 Ａａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78バリア層８が１０
ｎｍの歪ＭＱＷ層を成長し、さらに、バンドギャップ波
長が１．０５μｍのＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78ガ
イド層９を５０ｎｍ成長する。
いて、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して詳細に説明する。
まず、最初に、表面の面方位が（１００）面のｐ型Ｉｎ
Ｐ基板１上全面に、ＭＯ−ＶＰＥ法により、ｐ−ＩｎＰ
バッファー層２を２μｍを成長する。ＩＩＩ族の原料ガ
スは、ＴＭＩ、ＴＭＧである。Ｖ族の原料ガスは、Ａｓ
Ｈ３とＰＨ３である。ドーピングについては、適宜、Ｓ
ｉ２Ｈ６、ＤＭＺｎガスを用いる。最初のＭＯ−ＶＰＥ
成長の後、二酸化シリコン膜を１００ｎｍの厚さで全面
形成し、フォトリソグラフィとドライエッチングによ
り、［０１１］方向の１．５μｍ幅ストライプ開口部を
形成する。この二酸化シリコン膜３を成長阻止マスクと
して、図２（ａ）のように、ｐ−ＩｎＰクラッド層４を
５０ｎｍ、発光波長が１．３μｍのＳＣＨ−歪ＭＱＷ層
５を１６０ｎｍ、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０を２００ｎ
ｍ選択成長する。ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５の成長は、図４
のバンドダイアグラム図に示すように、バンドギャップ
波長が１．０５μｍのｎ−Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ
0.78ガイド層６を５０ｎｍ成長し、次に、４．５ｎｍの
厚さの１％圧縮歪Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.52Ｐ0.48ウェ
ル層７が５層でバンドギャップ波長が１．０５μｍの無
歪のＩｎ0.9 Ａａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78バリア層８が１０
ｎｍの歪ＭＱＷ層を成長し、さらに、バンドギャップ波
長が１．０５μｍのＩｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78ガ
イド層９を５０ｎｍ成長する。
【００１６】２回目のＭＯ−ＶＰＥ成長で形成した選択
成長部は、（１００）面と（１１１）Ｂ面で囲まれた台
形形状になっている。この上全面に、二酸化シリコン膜
を４５０ｎｍ堆積させる。この時、選択成長部の（１１
１）Ｂ面上では二酸化シリコン膜の厚さは３６０ｎｍと
なる。これを希釈したバッファード弗酸により全面エッ
チングし、斜面上では、二酸化シリコン膜が完全に除去
され、台形の上部には４０ｎｍ二酸化シリコン膜が残る
ようにする。次に、選択成長部をまたぐ形で、５μｍ幅
で、ポジレジストをフォトリソグラフィにより形成し、
バッファード弗酸により、二酸化シリコン膜をエッチン
グする。このエッチングにより、ｐ−ＩｎＰバッファー
層２の上の（１００）面上の二酸化シリコン膜は、サイ
ドエッチングにより完全に除去されるが、（１１１）Ｂ
面で二酸化シリコン膜がとぎれているため、選択成長部
の上の（１００）面上の二酸化シリコン膜は、サイドエ
ッチングされることなく残すことができる。サイドエッ
チング後、レジスト除去すると、図２（ｂ）のように、
セルフアライン的に、リッジトップに二酸化シリコン膜
１１が４０ｎｍ残ることになる。
成長部は、（１００）面と（１１１）Ｂ面で囲まれた台
形形状になっている。この上全面に、二酸化シリコン膜
を４５０ｎｍ堆積させる。この時、選択成長部の（１１
１）Ｂ面上では二酸化シリコン膜の厚さは３６０ｎｍと
なる。これを希釈したバッファード弗酸により全面エッ
チングし、斜面上では、二酸化シリコン膜が完全に除去
され、台形の上部には４０ｎｍ二酸化シリコン膜が残る
ようにする。次に、選択成長部をまたぐ形で、５μｍ幅
で、ポジレジストをフォトリソグラフィにより形成し、
バッファード弗酸により、二酸化シリコン膜をエッチン
グする。このエッチングにより、ｐ−ＩｎＰバッファー
層２の上の（１００）面上の二酸化シリコン膜は、サイ
ドエッチングにより完全に除去されるが、（１１１）Ｂ
面で二酸化シリコン膜がとぎれているため、選択成長部
の上の（１００）面上の二酸化シリコン膜は、サイドエ
ッチングされることなく残すことができる。サイドエッ
チング後、レジスト除去すると、図２（ｂ）のように、
セルフアライン的に、リッジトップに二酸化シリコン膜
１１が４０ｎｍ残ることになる。
【００１７】この後、二酸化シリコン膜１１を成長阻止
マスクとして、ｐ−ＩｎＰ埋込層１２を０．１５μｍ、
ｎ−ＩｎＰブロック層１３を０．４μｍ、ｐ−ＩｎＰブ
ロック層１４を１．２μｍ、ＳＣＨ−ＭＱＷキャリア再
結合層１５を０．１μｍ、ｎ−ＩｎＰ層１６を０．２μ
ｍ成長し、図２（ｃ）のような形状とする。ＳＣＨ−Ｍ
ＱＷキャリア再結合層１５は、上下がバンドキャップ波
長１．０５μｍで３０ｎｍ層厚のＩｎＧａＡｓＰではさ
まれた、３ｎｍ厚さの１．３μｍバンドキャップ波長の
ＩｎＧａＡｓＰウェル、１０ｎｍ厚さの１．０５μｍバ
ンドキャップ波長のＩｎＧａＡｓＰバリアのＭＱＷであ
り、ウェル層数は４層とする。ここで述べた厚さは、ｐ
−ＩｎＰブロック層１４上の（１００）面上での厚さで
あり、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０に向かって伸びている
（１１１）Ｂ面上においては、厚さが１／５になる。こ
のため、ＳＣＨ−ＭＱＷキャリア再結合層１５は、（１
００）面上においては、１．２μｍの遷移波長をもつ
が、（１１１）Ｂ面上では１．０７μｍの遷移波長とな
る。しかも、（１１１）Ｂ面上においては、電子はウェ
ルの中に準位ができず、ＳＣＨ−ＭＱＷキャリア再結合
層１５全体に広がった波動関数となるが、正孔はウェル
の中に閉じ込められた波動関数となる。このため、（１
１１）Ｂ面上のＳＣＨ−ＭＱＷキャリア再結合層１５の
遷移確率は著しく低減する。
マスクとして、ｐ−ＩｎＰ埋込層１２を０．１５μｍ、
ｎ−ＩｎＰブロック層１３を０．４μｍ、ｐ−ＩｎＰブ
ロック層１４を１．２μｍ、ＳＣＨ−ＭＱＷキャリア再
結合層１５を０．１μｍ、ｎ−ＩｎＰ層１６を０．２μ
ｍ成長し、図２（ｃ）のような形状とする。ＳＣＨ−Ｍ
ＱＷキャリア再結合層１５は、上下がバンドキャップ波
長１．０５μｍで３０ｎｍ層厚のＩｎＧａＡｓＰではさ
まれた、３ｎｍ厚さの１．３μｍバンドキャップ波長の
ＩｎＧａＡｓＰウェル、１０ｎｍ厚さの１．０５μｍバ
ンドキャップ波長のＩｎＧａＡｓＰバリアのＭＱＷであ
り、ウェル層数は４層とする。ここで述べた厚さは、ｐ
−ＩｎＰブロック層１４上の（１００）面上での厚さで
あり、ｎ−ＩｎＰクラッド層１０に向かって伸びている
（１１１）Ｂ面上においては、厚さが１／５になる。こ
のため、ＳＣＨ−ＭＱＷキャリア再結合層１５は、（１
００）面上においては、１．２μｍの遷移波長をもつ
が、（１１１）Ｂ面上では１．０７μｍの遷移波長とな
る。しかも、（１１１）Ｂ面上においては、電子はウェ
ルの中に準位ができず、ＳＣＨ−ＭＱＷキャリア再結合
層１５全体に広がった波動関数となるが、正孔はウェル
の中に閉じ込められた波動関数となる。このため、（１
１１）Ｂ面上のＳＣＨ−ＭＱＷキャリア再結合層１５の
遷移確率は著しく低減する。
【００１８】次に、最初の選択成長部上にある二酸化シ
リコン膜１１を除去後、ｎ−ＩｎＰクラッド埋込層１７
をｎ−ＩｎＰクラッド層１０の上２μｍ成長し、続け
て、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１８を０．４μ
ｍ成長する。次に、表面電極１９を蒸着法やスパッタ法
で形成して、１００μｍ厚さに裏面研磨を行い、裏面電
極２０を全面形成して図１に示すＡＳＭ−ＲＩＢ−ＰＢ
Ｈレーザが得られる。
リコン膜１１を除去後、ｎ−ＩｎＰクラッド埋込層１７
をｎ−ＩｎＰクラッド層１０の上２μｍ成長し、続け
て、ｎ＋−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層１８を０．４μ
ｍ成長する。次に、表面電極１９を蒸着法やスパッタ法
で形成して、１００μｍ厚さに裏面研磨を行い、裏面電
極２０を全面形成して図１に示すＡＳＭ−ＲＩＢ−ＰＢ
Ｈレーザが得られる。
【００１９】このようにして得られたＡＳＭ−ＲＩＢ−
ＰＢＨレーザの作用を詳しく説明しよう。ＡＳＭ−ＲＩ
Ｂ−ＰＢＨレーザにおいて、キャリア再結合層をＳＣＨ
−ＭＱＷ層とすることにより、ウェル厚は（１００）面
上に対して厚く（１１１）Ｂ面上で薄くなるため、遷移
エネルギーを（１００）面に対して、（１１１）Ｂ面で
大きくとることができる。このため、（１００）面で
は、遷移波長を活性層の発光波長１．３μｍに近づけ
て、有効にキャリア再結合を行わせることができつつ、
位置的に活性層に使い（１１１）Ｂ面上では、遷移波長
を小さくして、活性層の導波光の吸収を無視できるほど
小さくすることができる。
ＰＢＨレーザの作用を詳しく説明しよう。ＡＳＭ−ＲＩ
Ｂ−ＰＢＨレーザにおいて、キャリア再結合層をＳＣＨ
−ＭＱＷ層とすることにより、ウェル厚は（１００）面
上に対して厚く（１１１）Ｂ面上で薄くなるため、遷移
エネルギーを（１００）面に対して、（１１１）Ｂ面で
大きくとることができる。このため、（１００）面で
は、遷移波長を活性層の発光波長１．３μｍに近づけ
て、有効にキャリア再結合を行わせることができつつ、
位置的に活性層に使い（１１１）Ｂ面上では、遷移波長
を小さくして、活性層の導波光の吸収を無視できるほど
小さくすることができる。
【００２０】たとえば、ＳＣＨ−ＭＱＷのＳＣＨ層とバ
リア層を１．０５μｍのバンドキャップ波長のＩｎＧａ
ＡｓＰとし、ウェルを１．３μｍのバンドキャップ波長
のＩｎＧａＡｓＰとする。ここで、（１００）面上でウ
ェル厚が３ｎｍのとき、（１１１）Ｂ面上では０．６ｎ
ｍの厚さとなるため、（１００）面上でＭＱＷの遷移波
長は１．２μｍとなるが、（１１１）Ｂ面上ではウェル
内に電子準位ができなくなる。従って、（１００）面上
では、実効的にバンドキャップ波長が１．２μｍと、活
性層の発光波長の１．３μｍに近く、キャリア再結合層
として有効に機能させることができるのに対し、（１１
１）Ｂ面上では、光吸収が、主に、ＳＣＨ、バリアの
１．０５μｍのバンドキャップ波長のところで発生する
ため、１．３μｍ発振光の吸収は無視できるほど小さく
なる。従って、キャリア再結合層によるｐｎｐｎサイリ
スタ構造のターンオンの防止は、（１００）面上の層に
おいて達成されつつ、同時に、導波光の内部損失を著る
しく低減できる。
リア層を１．０５μｍのバンドキャップ波長のＩｎＧａ
ＡｓＰとし、ウェルを１．３μｍのバンドキャップ波長
のＩｎＧａＡｓＰとする。ここで、（１００）面上でウ
ェル厚が３ｎｍのとき、（１１１）Ｂ面上では０．６ｎ
ｍの厚さとなるため、（１００）面上でＭＱＷの遷移波
長は１．２μｍとなるが、（１１１）Ｂ面上ではウェル
内に電子準位ができなくなる。従って、（１００）面上
では、実効的にバンドキャップ波長が１．２μｍと、活
性層の発光波長の１．３μｍに近く、キャリア再結合層
として有効に機能させることができるのに対し、（１１
１）Ｂ面上では、光吸収が、主に、ＳＣＨ、バリアの
１．０５μｍのバンドキャップ波長のところで発生する
ため、１．３μｍ発振光の吸収は無視できるほど小さく
なる。従って、キャリア再結合層によるｐｎｐｎサイリ
スタ構造のターンオンの防止は、（１００）面上の層に
おいて達成されつつ、同時に、導波光の内部損失を著る
しく低減できる。
【００２１】また、（１１１）Ｂ面上で、電子準位は、
ウェルから追い出されるが、ホール準位は、まだ、ウェ
ル内にあるため、電子とホールの波動関数の重なりが小
さくなることにより、キャリアの再結合確率が小さくな
る。このため、活性層のそばの、（１１１）Ｂ面のキャ
リア再結合層において、キャリア再結合が過度に進行し
てリーク電流が増大するというようなことが、防止でき
る。以上により、閾値電流の低減、スロープ効率の向
上、最大光出力の向上、温度特性の向上が達成される。
ウェルから追い出されるが、ホール準位は、まだ、ウェ
ル内にあるため、電子とホールの波動関数の重なりが小
さくなることにより、キャリアの再結合確率が小さくな
る。このため、活性層のそばの、（１１１）Ｂ面のキャ
リア再結合層において、キャリア再結合が過度に進行し
てリーク電流が増大するというようなことが、防止でき
る。以上により、閾値電流の低減、スロープ効率の向
上、最大光出力の向上、温度特性の向上が達成される。
【００２２】このウェハーを共振器長３００μｍ長に劈
開し、３０％の反射率の前端面コーティング膜を施し、
７５％の反射率の後端面コーティング膜を形成して、高
出力特性を評価すると、閾値電流５ｍＡ、スロープ効率
０．５Ｗ／Ａの半導体レーザが得られた。また、１５０
μｍ長に劈開し、前方８０％、後方９５％の反射膜をつ
けて評価すると、−４０℃から８０℃の間で、注入電流
３０ｍＡ時の光出力変動が２ｂＢ以下であった。
開し、３０％の反射率の前端面コーティング膜を施し、
７５％の反射率の後端面コーティング膜を形成して、高
出力特性を評価すると、閾値電流５ｍＡ、スロープ効率
０．５Ｗ／Ａの半導体レーザが得られた。また、１５０
μｍ長に劈開し、前方８０％、後方９５％の反射膜をつ
けて評価すると、−４０℃から８０℃の間で、注入電流
３０ｍＡ時の光出力変動が２ｂＢ以下であった。
【００２３】さらに第１の実施の形態の変形例として、
ＳＣＨ−ＭＱＷキャリア再結合層１５のＳＣＨを無く
し、バリア層をＩｎＰとすることもできる。このとき、
ウェル組成を１．２μｍとすれば、（１１１）Ｂ面上で
電子の量子準位がなくなり、ＩｎＰにあふれるため、実
効的に（１１１）Ｂ面上から、キャリア再結合層を無く
すことができる。このため、この変形例では、キャリア
再結合層による内部損失が全く無くなるという利点があ
る。ただし、（１００）面上のキャリア再結合層もバン
ドキャップが大きくなるため、キャリア再結合結果を確
保するため、ウェル層数は１０層とする必要がある。
ＳＣＨ−ＭＱＷキャリア再結合層１５のＳＣＨを無く
し、バリア層をＩｎＰとすることもできる。このとき、
ウェル組成を１．２μｍとすれば、（１１１）Ｂ面上で
電子の量子準位がなくなり、ＩｎＰにあふれるため、実
効的に（１１１）Ｂ面上から、キャリア再結合層を無く
すことができる。このため、この変形例では、キャリア
再結合層による内部損失が全く無くなるという利点があ
る。ただし、（１００）面上のキャリア再結合層もバン
ドキャップが大きくなるため、キャリア再結合結果を確
保するため、ウェル層数は１０層とする必要がある。
【００２４】次に、本発明の第２の実施の形態について
図３を参照して説明する。第１の実施の形態では最初の
選択成長で、最上部をｎ−ＩｎＰクラッド層１０を成長
しているが、本実施の形態では、図３のように、これを
成長しない。また、第１の実施の形態のＳＣＨ−ＭＱＷ
キャリア再結合層１５のかわりに、ＳＣＨ−歪ＭＱＷキ
ャリア再結合層２１５を挿入する。あとは、第１の実施
の形態と全く同様である。
図３を参照して説明する。第１の実施の形態では最初の
選択成長で、最上部をｎ−ＩｎＰクラッド層１０を成長
しているが、本実施の形態では、図３のように、これを
成長しない。また、第１の実施の形態のＳＣＨ−ＭＱＷ
キャリア再結合層１５のかわりに、ＳＣＨ−歪ＭＱＷキ
ャリア再結合層２１５を挿入する。あとは、第１の実施
の形態と全く同様である。
【００２５】本実施の形態では、キャリア再結合層とし
て歪ＭＱＷを用いるため、キャリア再結合効率を更に向
上する利点がある。また、ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５上のｎ
−ＩｎＰクラッド層がないため、（１１１）Ｂ面上のＳ
ＣＨ−歪ＭＱＷキャリア再結合層２１５と活性層である
ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５が接続し、注入されたキャリア
が、（１１１）Ｂ面上のＳＣＨ−歪ＭＱＷキャリア再結
合層２１５を通って、漏れずに活性層に注入される利点
がある。
て歪ＭＱＷを用いるため、キャリア再結合効率を更に向
上する利点がある。また、ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５上のｎ
−ＩｎＰクラッド層がないため、（１１１）Ｂ面上のＳ
ＣＨ−歪ＭＱＷキャリア再結合層２１５と活性層である
ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層５が接続し、注入されたキャリア
が、（１１１）Ｂ面上のＳＣＨ−歪ＭＱＷキャリア再結
合層２１５を通って、漏れずに活性層に注入される利点
がある。
【００２６】以上の実施の形態では、ＩｎＧａＡｓＰ／
ＩｎＰ系の半導体材料について述べたが、ＩｎＧａＡｓ
Ｐなど、その他の化合物半導体にも適用できる。また、
以上のような構造は、選択成長技術を用いているため、
容易にスポットサイズ変換素子や、変調集積型ＤＦＢ−
ＬＤに応用することができる。
ＩｎＰ系の半導体材料について述べたが、ＩｎＧａＡｓ
Ｐなど、その他の化合物半導体にも適用できる。また、
以上のような構造は、選択成長技術を用いているため、
容易にスポットサイズ変換素子や、変調集積型ＤＦＢ−
ＬＤに応用することができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明の第１の効果は、導波光の内部損
失を低減でき、従来の１３ｃｍ−１に対し、８ｃｍ−１
にできたことである。これに付随して、閾値電流の低
減、スロープ効率の向上が達成できた。その理由は、従
来の活性層の近くまで、キャリア再結合層のバンドキャ
ップの小さい層が伸びており、光の内部損失の原因にな
っていたのに対し、ＭＱＷにすることにより、活性層の
近くの（１１１）Ｂ面上のキャリア再結合層のバンドキ
ャップが大きいため、内部損失として無視できるように
なるからである。
失を低減でき、従来の１３ｃｍ−１に対し、８ｃｍ−１
にできたことである。これに付随して、閾値電流の低
減、スロープ効率の向上が達成できた。その理由は、従
来の活性層の近くまで、キャリア再結合層のバンドキャ
ップの小さい層が伸びており、光の内部損失の原因にな
っていたのに対し、ＭＱＷにすることにより、活性層の
近くの（１１１）Ｂ面上のキャリア再結合層のバンドキ
ャップが大きいため、内部損失として無視できるように
なるからである。
【００２８】第２の効果は、キャリア再結合層の再結合
効率を向上させることができたため、ブロック層におけ
るチャージアップを無くすことができ、ｐｎｐｎサイリ
スタ構造のブロック層のターンオンを完全に防止できる
ようになった。この結果、漏れ電流を無くすことがで
き、高温特性、高出力特性を向上することができた。飽
和電流は、従来例に対して、１０％から２０％向上させ
ることができた。その理由は、キャリア再結合層とし
て、バルクのかわりに、ＭＱＷもしくは歪ＭＱＷを用い
ているため、キャリア再結合層の遷移確率、状態密度が
向上するためである。
効率を向上させることができたため、ブロック層におけ
るチャージアップを無くすことができ、ｐｎｐｎサイリ
スタ構造のブロック層のターンオンを完全に防止できる
ようになった。この結果、漏れ電流を無くすことがで
き、高温特性、高出力特性を向上することができた。飽
和電流は、従来例に対して、１０％から２０％向上させ
ることができた。その理由は、キャリア再結合層とし
て、バルクのかわりに、ＭＱＷもしくは歪ＭＱＷを用い
ているため、キャリア再結合層の遷移確率、状態密度が
向上するためである。
【図１】本発明の半導体レーザの第１の実施の形態を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の半導体レーザの第１
の実施の形態の製造工程を示す断面図である。
の実施の形態の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す断面図であ
る。
る。
【図４】半導体レーザのバンドダイアグラム図である。
【図５】従来の半導体レーザを示す断面図である。
１ ｐ型ＩｎＰ基板 ２ ｐ−ＩｎＰバッファー層 ３，１１ 二酸化シリコン膜 ４ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ５ ＳＣＨ−歪ＭＱＷ層 ６ ｎ−Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78ガイド層 ７ 圧縮歪Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.52Ｐ0.48ウェル層 ８ Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78バリア層 ９ Ｉｎ0.9 Ｇａ0.1 Ａｓ0.22Ｐ0.78ガイド層 １０ ｎ−ＩｎＰクラッド層 １２ ｐ−ＩｎＰ埋込層 １３ ｎ−ＩｎＰブロック層 １４ ｐ−ＩｎＰブロック層 １５ ＳＣＨ−ＭＱＷキャリア再結合層 １６ ｎ−ＩｎＰ層 １７ ｎ−ＩｎＰクラッド埋込層 １８ ｎ＋−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 １９ 表面電極 ２０ 裏面電極 １１５ ＩｎＧａＡｓＰバルクキャリア再結合層 ２１５ ＳＣＨ−歪ＭＱＷキャリア再結合層
Claims (6)
- 【請求項１】 ｐ型の半導体結晶上に選択成長で形成し
た活性層を有する光導波路が形成されており、この光導
波路の左右にｐ−ｎ−ｐブロック層が形成され、また前
記光導波路とｐ−ｎ−ｐブロック層の上部にｎ−クラッ
ド層が形成された構造で、前記ｐ−ｎ−ｐブロック層と
ｎ−クラッド層の間に、多重量子井戸あるいは歪多重量
子井戸キャリア再結合層が挿入されていることを特徴と
する光半導体装置。 - 【請求項２】 ｐ型の半導体結晶上に選択成長で形成し
た活性層を有する光導波路が形成されており、この光導
波路の左右にｐ−ｎ−ｐブロック層が形成され、また前
記光導波路とｐ−ｎ−ｐブロック層の上部にｎ−クラッ
ド層が形成された構造で、前記ｐ−ｎ−ｐブロック層と
ｎ−クラッド層の間に、分離閉じ込めヘテロ構造の多重
量子井戸あるいは歪多重量子井戸キャリア再結合層が挿
入されていることを特徴とする光半導体装置。 - 【請求項３】 前記光導波路内の活性層が、多重量子井
戸あるいは歪多重量子井戸であることを特徴とする請求
項１または２記載の光半導体装置。 - 【請求項４】 前記キャリア再結合層と前記活性層がつ
ながっていることを特徴とする請求項１，請求項２また
は請求項３記載の光半導体装置。 - 【請求項５】 前記半導体がＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体
であることを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３
または請求項４記載の光半導体装置。 - 【請求項６】 前記半導体結晶基板の表面の面方位が
（１００）であり、前記光導波路のストライプ方向が
［０１１］方向であることを特徴とする請求項１，請求
項２，請求項３，請求項４または請求項５記載の光半導
体装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7369096A JP2982685B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 光半導体装置 |
| US08/824,435 US5917846A (en) | 1996-03-28 | 1997-03-26 | Optical Semiconductor device with carrier recombination layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7369096A JP2982685B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 光半導体装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11450199A Division JP3206589B2 (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | 光半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09266349A true JPH09266349A (ja) | 1997-10-07 |
| JP2982685B2 JP2982685B2 (ja) | 1999-11-29 |
Family
ID=13525473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7369096A Expired - Fee Related JP2982685B2 (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 光半導体装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5917846A (ja) |
| JP (1) | JP2982685B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6350629B1 (en) | 1998-09-02 | 2002-02-26 | Nec Corporation | Optical semiconductor device having active layer and carrier recombination layer different from each other |
| US6518076B2 (en) | 1998-08-05 | 2003-02-11 | Nec Corporation | Semiconductor laser device and manufacturing method of the same |
| US6589806B2 (en) | 1998-06-16 | 2003-07-08 | Nec Electronics Corporation | Method of fabricating semiconductor laser for preventing turn-on of pnpn thyrister |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3045115B2 (ja) * | 1997-09-30 | 2000-05-29 | 日本電気株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
| JP3024611B2 (ja) | 1997-10-20 | 2000-03-21 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザおよびその製造方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05299764A (ja) * | 1992-04-23 | 1993-11-12 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザの製造方法 |
| JPH0661570A (ja) * | 1992-08-04 | 1994-03-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 歪多重量子井戸半導体レーザ |
| US5343054A (en) * | 1992-09-14 | 1994-08-30 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-detection device with recombination rates |
| JP2718342B2 (ja) * | 1993-05-28 | 1998-02-25 | 日本電気株式会社 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| US5559818A (en) * | 1994-03-24 | 1996-09-24 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| JPH08213691A (ja) * | 1995-01-31 | 1996-08-20 | Nec Corp | 半導体レーザ |
-
1996
- 1996-03-28 JP JP7369096A patent/JP2982685B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-03-26 US US08/824,435 patent/US5917846A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6589806B2 (en) | 1998-06-16 | 2003-07-08 | Nec Electronics Corporation | Method of fabricating semiconductor laser for preventing turn-on of pnpn thyrister |
| US6518076B2 (en) | 1998-08-05 | 2003-02-11 | Nec Corporation | Semiconductor laser device and manufacturing method of the same |
| US6350629B1 (en) | 1998-09-02 | 2002-02-26 | Nec Corporation | Optical semiconductor device having active layer and carrier recombination layer different from each other |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5917846A (en) | 1999-06-29 |
| JP2982685B2 (ja) | 1999-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0661782B1 (en) | A semiconductor laser | |
| EP0989643B1 (en) | Semiconductor light-emitting device and manufacturing method for the same | |
| JPH11214788A (ja) | 窒化ガリウム系半導体レーザ素子 | |
| JPH10126010A (ja) | 半導体レーザ装置の製造方法 | |
| KR100272155B1 (ko) | 질화갈륨계화합물반도체레이저및그제조방법 | |
| JPWO2006030845A1 (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子 | |
| US20110058586A1 (en) | Nitride semiconductor laser | |
| US6222867B1 (en) | Optical semiconductor device having waveguide layers buried in an InP current blocking layer | |
| JP4028158B2 (ja) | 半導体光デバイス装置 | |
| JP2882335B2 (ja) | 光半導体装置およびその製造方法 | |
| JP2982685B2 (ja) | 光半導体装置 | |
| JP3892637B2 (ja) | 半導体光デバイス装置 | |
| JP4045792B2 (ja) | 窒化物半導体レーザ素子 | |
| JPH077232A (ja) | 光半導体装置 | |
| JP3206589B2 (ja) | 光半導体装置 | |
| JP2001057458A (ja) | 半導体発光装置 | |
| EP0867949B1 (en) | Semiconductor light-emitting device | |
| JP4415440B2 (ja) | 半導体レーザの製造方法 | |
| JP4163321B2 (ja) | 半導体発光装置 | |
| JP4164248B2 (ja) | 半導体素子及びその製造方法、及び半導体光装置 | |
| JP4154757B2 (ja) | ＡｌＧａＡｓ層の成長方法および半導体レーザの製造方法 | |
| US6023483A (en) | Semiconductor light-emitting device | |
| JP3022351B2 (ja) | 光半導体装置及びその製造方法 | |
| JP4541469B2 (ja) | 光半導体装置及びその製造方法 | |
| JP2973215B2 (ja) | 半導体レーザ装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |