JP2003060310A - 半導体光素子及びその製造方法 - Google Patents
半導体光素子及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｐ型不純物の半絶縁埋め込み層への拡散を制
御可能な構造を有する半導体光素子及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 半導体基板１上に、少なくとも第１の導
電型のクラッド層２、活性層４或いは光吸収層からなる
活性領域、第２の導電性を有するクラッド層６からなる
積層体がメサストライプ状に加工されており、該積層体
の両側を半絶縁性半導体結晶９，１０で埋め込まれた埋
め込み型半導体光素子において、該半絶縁性半導体結晶
９，１０は、該第２導電型不純物の拡散を促進する半絶
縁不純物を含む層９、該第２導電型不純物の拡散を抑制
する半絶縁不純物を含む層１０、の順に配されているこ
とを特徴とする。
御可能な構造を有する半導体光素子及びその製造方法を
提供する。 【解決手段】 半導体基板１上に、少なくとも第１の導
電型のクラッド層２、活性層４或いは光吸収層からなる
活性領域、第２の導電性を有するクラッド層６からなる
積層体がメサストライプ状に加工されており、該積層体
の両側を半絶縁性半導体結晶９，１０で埋め込まれた埋
め込み型半導体光素子において、該半絶縁性半導体結晶
９，１０は、該第２導電型不純物の拡散を促進する半絶
縁不純物を含む層９、該第２導電型不純物の拡散を抑制
する半絶縁不純物を含む層１０、の順に配されているこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、活性領域の両側を
半絶縁性結晶で埋め込んだ高抵抗埋め込み型半導体光素
子及びその製造方法に関すものである。
半絶縁性結晶で埋め込んだ高抵抗埋め込み型半導体光素
子及びその製造方法に関すものである。
【０００２】
【従来の技術】半絶縁層を埋め込み層とする高抵抗埋め
込み構造を半導体レーザや半導体光変調器などの半導体
光素子に用いると、ｐｎ埋め込み構造を用いた場合よ
り、素子容量が小さく、より高速変調が可能となること
から、大容量光伝送システムに不可欠となっている。埋
込成長の際の再成長界面には、メサ加工のダメージや再
成長時の不純物に起因する欠陥が多数存在し、素子動作
時にはリーク電流の原因となる。そのため、半導体レー
ザの場合には、閾値電流の増加や効率の低下、温度特性
の劣化などを招く。
込み構造を半導体レーザや半導体光変調器などの半導体
光素子に用いると、ｐｎ埋め込み構造を用いた場合よ
り、素子容量が小さく、より高速変調が可能となること
から、大容量光伝送システムに不可欠となっている。埋
込成長の際の再成長界面には、メサ加工のダメージや再
成長時の不純物に起因する欠陥が多数存在し、素子動作
時にはリーク電流の原因となる。そのため、半導体レー
ザの場合には、閾値電流の増加や効率の低下、温度特性
の劣化などを招く。
【０００３】高抵抗埋め込み層には、従来、鉄（Ｆe）
をドーピングした半導体結晶が用いられているが、ドー
パントの鉄（Ｆe）と素子のｐ型クラッド層とｐ型コン
タクト層のドーパントである亜鉛（Ｚn）が埋め込み界
面で相互拡散する問題があった。その結果、亜鉛が埋め
込み層に拡散し素子特性の劣化、特に変調特性劣化の要
因となっていた。また、相互拡散により格子間位置には
じき出されたＺnは埋め込み層だけでなく界面を接する
活性層にも拡散し、活性層の発光効率を低下させる問題
もあった。
をドーピングした半導体結晶が用いられているが、ドー
パントの鉄（Ｆe）と素子のｐ型クラッド層とｐ型コン
タクト層のドーパントである亜鉛（Ｚn）が埋め込み界
面で相互拡散する問題があった。その結果、亜鉛が埋め
込み層に拡散し素子特性の劣化、特に変調特性劣化の要
因となっていた。また、相互拡散により格子間位置には
じき出されたＺnは埋め込み層だけでなく界面を接する
活性層にも拡散し、活性層の発光効率を低下させる問題
もあった。
【０００４】この様な問題を解決するため、図１１に示
すように、メサストライプとＦeドープＩnＰ埋め込み層
７との間に、Ｆe拡散防止層３６を挿入する技術が開示
されている（特開平９−２１４５号公報）。最近、ルテ
ニウム（元素記号：Ｒu）をドーピングした半絶縁性半
導体結晶ではＺnとほとんど相互拡散をおこさないこと
が見いだされている。そして、図１２に示す様に、Ｒu
をドーパントとした高抵抗埋め込み層を用いた半導体レ
ーザ作製の報告がなされた("A.Dadger et.al, Applied
Physics Letters 73, N0.26 pp3878-3880 (1998)" "A.v
an Geelen et. al, 11th International Conference on
Indium Phosphide and Related materials TuB 1-2 (1
999)")。
すように、メサストライプとＦeドープＩnＰ埋め込み層
７との間に、Ｆe拡散防止層３６を挿入する技術が開示
されている（特開平９−２１４５号公報）。最近、ルテ
ニウム（元素記号：Ｒu）をドーピングした半絶縁性半
導体結晶ではＺnとほとんど相互拡散をおこさないこと
が見いだされている。そして、図１２に示す様に、Ｒu
をドーパントとした高抵抗埋め込み層を用いた半導体レ
ーザ作製の報告がなされた("A.Dadger et.al, Applied
Physics Letters 73, N0.26 pp3878-3880 (1998)" "A.v
an Geelen et. al, 11th International Conference on
Indium Phosphide and Related materials TuB 1-2 (1
999)")。
【０００５】半導体レーザ（ＬＤ）と電界吸収型光変調
器（ＥＡ変調器）の集積素子があり、この素子では、半
導体レーザと電界吸収型光変調器は同じ導波路構造と埋
込構造を持つものが多い。半導体レーザ部では、メサか
らのＺn拡散を促進して再成長界面の欠陥を不活性にす
ることが、リーク電流をなくす上で必要である。しか
し、電界吸収型光変調器部では、Ｚn拡散のために素子
容量が増加すると高速変調が不可能になる。従って、Ｚ
n拡散を適度な広がりに制御する必要がある。
器（ＥＡ変調器）の集積素子があり、この素子では、半
導体レーザと電界吸収型光変調器は同じ導波路構造と埋
込構造を持つものが多い。半導体レーザ部では、メサか
らのＺn拡散を促進して再成長界面の欠陥を不活性にす
ることが、リーク電流をなくす上で必要である。しか
し、電界吸収型光変調器部では、Ｚn拡散のために素子
容量が増加すると高速変調が不可能になる。従って、Ｚ
n拡散を適度な広がりに制御する必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ｐ型不純物の半絶縁埋
め込み層への拡散を制御可能な構造を有する半導体光素
子及びその製造方法を提供する。
め込み層への拡散を制御可能な構造を有する半導体光素
子及びその製造方法を提供する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的のための本発明
の半導体光素子は、半導体基板上に、少なくとも第１の
導電型のクラッド層、活性層或いは光吸収層からなる活
性領域、第２の導電性を有するクラッド層からなる積層
体がメサストライプ状に加工されており、該積層体の両
側を半絶縁性半導体結晶で埋め込まれた埋め込み型半導
体光素子において、該半絶縁性半導体結晶は、該第２導
電型不純物の拡散を促進する半絶縁不純物を含む層、該
第２導電型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物を含む
層、の順に配されていることを特徴とする。
の半導体光素子は、半導体基板上に、少なくとも第１の
導電型のクラッド層、活性層或いは光吸収層からなる活
性領域、第２の導電性を有するクラッド層からなる積層
体がメサストライプ状に加工されており、該積層体の両
側を半絶縁性半導体結晶で埋め込まれた埋め込み型半導
体光素子において、該半絶縁性半導体結晶は、該第２導
電型不純物の拡散を促進する半絶縁不純物を含む層、該
第２導電型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物を含む
層、の順に配されていることを特徴とする。
【０００８】前記目的のための本発明の半導体光素子の
製造方法は、半導体基板上に、少なくとも第１の導電型
のクラッド層、活性層或いは光吸収層からなる活性領
域、第２の導電性を有するクラッド層からなる積層体を
形成する工程、該積層体をメサストライプ状に加工する
工程、該積層体の両側を半絶縁性半導体結晶で埋め込む
工程からなる埋め込み型半導体光素子の製造方法におい
て、該半絶縁性半導体結晶で埋め込む際に、該第２導電
型不純物の拡散を促進する半絶縁不純物を含む層、該第
２導電型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物を含む層
の順に形成することを特徴とする。
製造方法は、半導体基板上に、少なくとも第１の導電型
のクラッド層、活性層或いは光吸収層からなる活性領
域、第２の導電性を有するクラッド層からなる積層体を
形成する工程、該積層体をメサストライプ状に加工する
工程、該積層体の両側を半絶縁性半導体結晶で埋め込む
工程からなる埋め込み型半導体光素子の製造方法におい
て、該半絶縁性半導体結晶で埋め込む際に、該第２導電
型不純物の拡散を促進する半絶縁不純物を含む層、該第
２導電型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物を含む層
の順に形成することを特徴とする。
【０００９】本発明の特徴は、メサストライプ状の積層
体を埋め込む半絶縁性半導体結晶が、第２導電型不純物
の拡散を促進する半絶縁不純物を含む層（以後、拡散促
進層と略称する）と該第２導電型不純物の拡散を抑制す
る半絶縁不純物を含む層（以後、半絶縁層と略称する）
からなり、拡散促進層がメサストライプ側壁と半絶縁層
の間に挿入されていることである。拡散促進層にはｐ型
不純物との相互拡散を促進する半絶縁不純物が添加され
ていることが特徴である。この点において、従来のｐ型
不純物の拡散を防止するために設けられた拡散防止層と
異なる。
体を埋め込む半絶縁性半導体結晶が、第２導電型不純物
の拡散を促進する半絶縁不純物を含む層（以後、拡散促
進層と略称する）と該第２導電型不純物の拡散を抑制す
る半絶縁不純物を含む層（以後、半絶縁層と略称する）
からなり、拡散促進層がメサストライプ側壁と半絶縁層
の間に挿入されていることである。拡散促進層にはｐ型
不純物との相互拡散を促進する半絶縁不純物が添加され
ていることが特徴である。この点において、従来のｐ型
不純物の拡散を防止するために設けられた拡散防止層と
異なる。
【００１０】本願発明の拡散防止層はｐ型不純物との相
互拡散を促進する半絶縁不純物が添加されているが、従
来の拡散防止層は拡散を防止するためにＩnＡlＧaＡs等
の混晶膜を用いていた。また、拡散促進層の外側に配さ
れた半絶縁層にはｐ型不純物の拡散を抑制する半絶縁不
純物が含まれている。そのため、ｐ型不純物の拡散は拡
散促進層と半絶縁層の界面で制限されることになる。ｐ
型不純物の拡散を促進する半絶縁不純物の代表例はＦe
であり、ｐ型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物の代
表例はＲuである。
互拡散を促進する半絶縁不純物が添加されているが、従
来の拡散防止層は拡散を防止するためにＩnＡlＧaＡs等
の混晶膜を用いていた。また、拡散促進層の外側に配さ
れた半絶縁層にはｐ型不純物の拡散を抑制する半絶縁不
純物が含まれている。そのため、ｐ型不純物の拡散は拡
散促進層と半絶縁層の界面で制限されることになる。ｐ
型不純物の拡散を促進する半絶縁不純物の代表例はＦe
であり、ｐ型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物の代
表例はＲuである。
【００１１】〔作用〕拡散促進層にはｐ型不純物の拡散
を促進する半絶縁不純物が添加されているので、埋込成
長を行っている過程で接触しているｐ型クラッド層から
ｐ型不純物が拡散し、ｐ型に変化する。そのため、ｐ型
クラッド層と拡散促進層との界面に存在する欠陥が不活
性となり、リーク電流が低減される。しかしながら、半
絶縁層にはｐ型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物が
添加されているので、半絶縁層へのｐ型不純物の拡散は
起こり難い。そのため、ｐ型不純物の拡散は拡散促進層
までに制限される。ＩnＰ等の化合物半導体を半絶縁化
する半絶縁不純物には、ｐ型不純物との相互拡散が起こ
り易いものと起こり難いものがある。前者の代表例はＦ
eであり、後者の代表例はＲuである。この両者を適切に
組み合わせてｐ型クラッド層からの拡散の広がりを制御
することが可能となる。
を促進する半絶縁不純物が添加されているので、埋込成
長を行っている過程で接触しているｐ型クラッド層から
ｐ型不純物が拡散し、ｐ型に変化する。そのため、ｐ型
クラッド層と拡散促進層との界面に存在する欠陥が不活
性となり、リーク電流が低減される。しかしながら、半
絶縁層にはｐ型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物が
添加されているので、半絶縁層へのｐ型不純物の拡散は
起こり難い。そのため、ｐ型不純物の拡散は拡散促進層
までに制限される。ＩnＰ等の化合物半導体を半絶縁化
する半絶縁不純物には、ｐ型不純物との相互拡散が起こ
り易いものと起こり難いものがある。前者の代表例はＦ
eであり、後者の代表例はＲuである。この両者を適切に
組み合わせてｐ型クラッド層からの拡散の広がりを制御
することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、実施例を用いて説明する。
〔実施例１〕本発明の第１の実施例の構造を図１に示
す。図１は、ＭＱＷを活性層にした半導体レーザの断面
である。図１に示すように、面方位（１００）のｎ型Ｉ
nＰ基板１上に、層厚０．２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰ
クラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノ
ンドープＩnＧaＡsＰガイド層３、層厚０．１５μｍの
発光波長１．５５μｍのノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧ
aＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層４、層厚４０ｎ
ｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイ
ド層５、層厚１．５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッド
層６、層厚０．３μｍのＺnドープＩnＧaＡsコンタクト
層７の順に積層されている。
す。図１は、ＭＱＷを活性層にした半導体レーザの断面
である。図１に示すように、面方位（１００）のｎ型Ｉ
nＰ基板１上に、層厚０．２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰ
クラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノ
ンドープＩnＧaＡsＰガイド層３、層厚０．１５μｍの
発光波長１．５５μｍのノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧ
aＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）活性層４、層厚４０ｎ
ｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイ
ド層５、層厚１．５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッド
層６、層厚０．３μｍのＺnドープＩnＧaＡsコンタクト
層７の順に積層されている。
【００１３】ここで、活性層４以外の化合物半導体層は
特に断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成で
ある。この積層されたものは、幅２μｍで高さ３μｍ程
度のメサストライプに加工され、更に、メサストライプ
の両側を、Ｆeを添加したＩnＰ層９とＲuを添加したＩn
Ｐ層１０で埋め込まれている。Ｆe添加ＩnＰ層９は、メ
サ側壁とＲu添加ＩnＰ層１０との間、及びＳeドープｎ
型ＩnＰクラッド層２表面とＲu添加ＩnＰ層１０との間
にある。その厚さは、必要に応じて変えることができ
る。また、Ｆeの添加量もＺn拡散を誘発するに足だけの
量が添加されていればよい。
特に断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成で
ある。この積層されたものは、幅２μｍで高さ３μｍ程
度のメサストライプに加工され、更に、メサストライプ
の両側を、Ｆeを添加したＩnＰ層９とＲuを添加したＩn
Ｐ層１０で埋め込まれている。Ｆe添加ＩnＰ層９は、メ
サ側壁とＲu添加ＩnＰ層１０との間、及びＳeドープｎ
型ＩnＰクラッド層２表面とＲu添加ＩnＰ層１０との間
にある。その厚さは、必要に応じて変えることができ
る。また、Ｆeの添加量もＺn拡散を誘発するに足だけの
量が添加されていればよい。
【００１４】Ｒu添加ＩnＰ層１０へのＲu添加量は、こ
の層が十分半絶縁化するにたるだけの添加量が必要であ
る。Ｆe添加ＩnＰ層９は、埋込成長を行っている過程で
接触しているＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６からＺn
が拡散し、ｐ型に変化する。そのため、Ｚnドープｐ型
ＩnＰクラッド層６とＦe添加ＩnＰ層９との界面に存在
する欠陥が不活性となり、リーク電流が低減される。し
かしながら、Ｒu添加ＩnＰ層１０へのＺnの拡散は起こ
り難いため、Ｚn拡散はＦe添加ＩnＰ層９までに制限さ
れる。Ｆe添加ＩnＰ層９は、少なくともメサ側壁とＲu
添加ＩnＰ層１０との間にあれば良い。Ｓeドープｎ型Ｉ
nＰクラッド層２表面とＲu添加ＩnＰ層１０との間には
必ずしも必要ではない。
の層が十分半絶縁化するにたるだけの添加量が必要であ
る。Ｆe添加ＩnＰ層９は、埋込成長を行っている過程で
接触しているＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６からＺn
が拡散し、ｐ型に変化する。そのため、Ｚnドープｐ型
ＩnＰクラッド層６とＦe添加ＩnＰ層９との界面に存在
する欠陥が不活性となり、リーク電流が低減される。し
かしながら、Ｒu添加ＩnＰ層１０へのＺnの拡散は起こ
り難いため、Ｚn拡散はＦe添加ＩnＰ層９までに制限さ
れる。Ｆe添加ＩnＰ層９は、少なくともメサ側壁とＲu
添加ＩnＰ層１０との間にあれば良い。Ｓeドープｎ型Ｉ
nＰクラッド層２表面とＲu添加ＩnＰ層１０との間には
必ずしも必要ではない。
【００１５】メサの直上以外の表面にＳiＯ2保護膜１１
が形成され、メサ直上のＩnＧaＡsコンタクト層７の表
面にはｐ型電極１２が形成され、更にｎ型ＩnＰ基板１
の裏面にはｎ型電極１３が形成されている。ここで、従
来の埋め込み型半導体光素子との相違について説明す
る。従来との相違は、メサストライプの側壁とＲu添加
ＩnＰ層１０との間に、拡散促進層となるＦe添加ＩnＰ
層９が挿入されていることである。このため、Ｆe添加
ＩnＰ層９には埋込成長を行っている過程で、接触して
いるＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６からＺnが拡散し
ｐ型に変化する。そのため、Ｚnドープｐ型ＩnＰクラッ
ド層６とＦe添加ＩnＰ層９との界面に存在する欠陥が不
活性となり、リーク電流が低減される。しかしながら、
Ｒu添加ＩnＰ層１０へのＺnの拡散は起こり難いため、
Ｚn拡散はＦe添加ＩnＰ層９までに制限される。Ｚn拡散
が限定されるため、不要な素子容量の増加が避けられ、
高速変調が可能となる。
が形成され、メサ直上のＩnＧaＡsコンタクト層７の表
面にはｐ型電極１２が形成され、更にｎ型ＩnＰ基板１
の裏面にはｎ型電極１３が形成されている。ここで、従
来の埋め込み型半導体光素子との相違について説明す
る。従来との相違は、メサストライプの側壁とＲu添加
ＩnＰ層１０との間に、拡散促進層となるＦe添加ＩnＰ
層９が挿入されていることである。このため、Ｆe添加
ＩnＰ層９には埋込成長を行っている過程で、接触して
いるＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６からＺnが拡散し
ｐ型に変化する。そのため、Ｚnドープｐ型ＩnＰクラッ
ド層６とＦe添加ＩnＰ層９との界面に存在する欠陥が不
活性となり、リーク電流が低減される。しかしながら、
Ｒu添加ＩnＰ層１０へのＺnの拡散は起こり難いため、
Ｚn拡散はＦe添加ＩnＰ層９までに制限される。Ｚn拡散
が限定されるため、不要な素子容量の増加が避けられ、
高速変調が可能となる。
【００１６】次に具体的な効果について説明する。Ｆe
ドープＩnＰ層の厚さが０．１μｍ，０．４μｍ及び
０．８μｍの３種類となる素子を作製し、その特性を比
較した。ここでＦeドープＩnＰ層の厚さとはメサ脇の厚
さを意味する。３種類の素子とも抵抗率は約１０8Ωｃ
ｍ以上であり、十分高抵抗な埋め込み層が形成されてい
ることが分かった。チップ化した半導体レーザの小信号
変調特性は、３ｄＢ帯域で、ＦeドープＩnＰ層の厚さが
０．８μｍの場合は約８ＧＨｚ，０．４μｍの場合は約
１５ＧＨｚ，０．１μｍの場合は約１５ＧＨｚであっ
た。発振閾値及び光出力効率は、ＦeドープＩnＰ層の厚
さに無関係に一定で、それぞれ約１０ｍＡと約３５％で
あった。
ドープＩnＰ層の厚さが０．１μｍ，０．４μｍ及び
０．８μｍの３種類となる素子を作製し、その特性を比
較した。ここでＦeドープＩnＰ層の厚さとはメサ脇の厚
さを意味する。３種類の素子とも抵抗率は約１０8Ωｃ
ｍ以上であり、十分高抵抗な埋め込み層が形成されてい
ることが分かった。チップ化した半導体レーザの小信号
変調特性は、３ｄＢ帯域で、ＦeドープＩnＰ層の厚さが
０．８μｍの場合は約８ＧＨｚ，０．４μｍの場合は約
１５ＧＨｚ，０．１μｍの場合は約１５ＧＨｚであっ
た。発振閾値及び光出力効率は、ＦeドープＩnＰ層の厚
さに無関係に一定で、それぞれ約１０ｍＡと約３５％で
あった。
【００１７】つまり、ＦeドープＩnＰ層の厚さに依存し
て素子容量が変化する以外、素子特性は良好であった。
つまり、拡散促進層であるＦeドープＩnＰ層の厚さによ
りＺn拡散の広がりが制限を受けるため、ＦeドープＩn
Ｐ層の厚さが薄いほど素子容量が低下している。しかし
ながら、拡散促進層であるＦeドープＩnＰ層の存在によ
りＺn拡散が促進され、ｐ型ＩnＰクラッド層６とＦe添
加ＩnＰ層９との界面に存在する欠陥が不活性となり、
リーク電流が低減され、発振閾値が低く光出力効率の高
い半導体レーザが得られた。
て素子容量が変化する以外、素子特性は良好であった。
つまり、拡散促進層であるＦeドープＩnＰ層の厚さによ
りＺn拡散の広がりが制限を受けるため、ＦeドープＩn
Ｐ層の厚さが薄いほど素子容量が低下している。しかし
ながら、拡散促進層であるＦeドープＩnＰ層の存在によ
りＺn拡散が促進され、ｐ型ＩnＰクラッド層６とＦe添
加ＩnＰ層９との界面に存在する欠陥が不活性となり、
リーク電流が低減され、発振閾値が低く光出力効率の高
い半導体レーザが得られた。
【００１８】本実施例に係る半導体レーザの製造方法に
ついて、図２を参照して説明する。先ず、図２（ａ）に
示すように面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上に、
層厚０．２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰクラッド層２、層
厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡ
sＰガイド層３、層厚０．１５μｍの発光波長１．５５
μｍのノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ
（多重量子井戸）活性層４、層厚４０ｎｍの発光波長
１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層５、層厚
１．５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６、層厚
０．３μｍのＺnドープＩnＧaＡsコンタクト層７の順に
積層した。
ついて、図２を参照して説明する。先ず、図２（ａ）に
示すように面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上に、
層厚０．２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰクラッド層２、層
厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡ
sＰガイド層３、層厚０．１５μｍの発光波長１．５５
μｍのノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ
（多重量子井戸）活性層４、層厚４０ｎｍの発光波長
１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層５、層厚
１．５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６、層厚
０．３μｍのＺnドープＩnＧaＡsコンタクト層７の順に
積層した。
【００１９】ここで、活性層以外の化合物半導体は特に
断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成であ
る。次に、図２（ｂ）に示すように、ＳiＯ2８をマスク
としてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、幅２
μｍで高さ３μｍ程度のメサストライプを形成した。引
き続き、図２（ｃ）に示すように、メサストライプを形
成した基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、Ｆeを添加した
ＩnＰ９とＲuを添加したＩnＰ層１０（層厚３μｍ）を
成長させた。Ｆeを添加したＩnＰ層の成長には、Ｆeの
原料として公知のフェロセン（Ｃp2Ｆe）を用いて行っ
た。層厚は成長時間で制御した。
断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成であ
る。次に、図２（ｂ）に示すように、ＳiＯ2８をマスク
としてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、幅２
μｍで高さ３μｍ程度のメサストライプを形成した。引
き続き、図２（ｃ）に示すように、メサストライプを形
成した基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、Ｆeを添加した
ＩnＰ９とＲuを添加したＩnＰ層１０（層厚３μｍ）を
成長させた。Ｆeを添加したＩnＰ層の成長には、Ｆeの
原料として公知のフェロセン（Ｃp2Ｆe）を用いて行っ
た。層厚は成長時間で制御した。
【００２０】また、Ｒuを添加したＩnＰ層の成長ではＲ
uの原料としてビスジメチルペンタディエニルルテニウ
ムbis(η 5-2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium（II）
を用いた。この後、図２（ｄ）に示すように、ＳiＯ2マ
スク８を除去し、メサの直上以外の表面にＳiＯ2保護膜
１１を形成した後、ｐ型電極１２を形成し、更に基板側
にｎ型電極１３を形成した。
uの原料としてビスジメチルペンタディエニルルテニウ
ムbis(η 5-2,4-dimethylpentadienyl)ruthenium（II）
を用いた。この後、図２（ｄ）に示すように、ＳiＯ2マ
スク８を除去し、メサの直上以外の表面にＳiＯ2保護膜
１１を形成した後、ｐ型電極１２を形成し、更に基板側
にｎ型電極１３を形成した。
【００２１】ＦeドープＩnＰ層９へのＦeドープ量につ
いて述べる。ＦeドープＩnＰ層９の厚さを０．４μｍと
し、Ｆeドープ量を０．３×１０17ｃｍ-3，０．７×１
０17ｃｍ-3，１．０×１０17ｃｍ-3の３種類となる素子
を作製し、その特性を比較した。ここでＦeドープＩnＰ
量とは半導体結晶中に添加されたＦe原子のうち電子ト
ラップ或いは正孔トラップとして活性化されたＦeの濃
度を意味する。Ｆeドープ量が０．３×１０17ｃｍ-3の
場合の発振閾値は２０ｍＡであり、０．７×１０17ｃｍ
-3の場合は１０ｍＡであり１．０×１０17ｃｍ-3の場合
も１０ｍＡであった。
いて述べる。ＦeドープＩnＰ層９の厚さを０．４μｍと
し、Ｆeドープ量を０．３×１０17ｃｍ-3，０．７×１
０17ｃｍ-3，１．０×１０17ｃｍ-3の３種類となる素子
を作製し、その特性を比較した。ここでＦeドープＩnＰ
量とは半導体結晶中に添加されたＦe原子のうち電子ト
ラップ或いは正孔トラップとして活性化されたＦeの濃
度を意味する。Ｆeドープ量が０．３×１０17ｃｍ-3の
場合の発振閾値は２０ｍＡであり、０．７×１０17ｃｍ
-3の場合は１０ｍＡであり１．０×１０17ｃｍ-3の場合
も１０ｍＡであった。
【００２２】つまり、Ｆeドープ量が０．３×１０17ｃ
ｍ-3の場合は、ＦeドープＩnＰ層９へのＺn拡散が十分
起こらず、Ｚnドープｐ型ＩnＰクラッド層６とＦeドー
プＩnＰ層９との界面に存在する欠陥が十分不活性化さ
れ無いために、リーク電流が増加し発振閾値が増加し
た。しかし、Ｆeドープ量が０．７×１０17ｃｍ-3以上
の場合には、ＦeドープＩnＰ層９へのＺn拡散が十分起
こり、Ｚnドープｐ型ＩnＰクラッド層６とＦeドープＩn
Ｐ層９との界面に存在する欠陥が十分不活性化され、そ
のためリーク電流が減少し発振閾値が低下した。
ｍ-3の場合は、ＦeドープＩnＰ層９へのＺn拡散が十分
起こらず、Ｚnドープｐ型ＩnＰクラッド層６とＦeドー
プＩnＰ層９との界面に存在する欠陥が十分不活性化さ
れ無いために、リーク電流が増加し発振閾値が増加し
た。しかし、Ｆeドープ量が０．７×１０17ｃｍ-3以上
の場合には、ＦeドープＩnＰ層９へのＺn拡散が十分起
こり、Ｚnドープｐ型ＩnＰクラッド層６とＦeドープＩn
Ｐ層９との界面に存在する欠陥が十分不活性化され、そ
のためリーク電流が減少し発振閾値が低下した。
【００２３】〔実施例２〕本実施例は、多重量子井戸層
にＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰを用いた電界吸収型光変調
器（ＥＡ変調器）に関するものである。素子の構造は実
施例１とほぼ同じなので、図１及び図２を用いて説明す
る。先ず、面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上に、
層厚０．２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰクラッド層２、層
厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡ
sＰガイド層３、層厚０．１５μｍの吸収端波長１．５
０μｍのノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ
（多重量子井戸）光吸収層４、層厚４０ｎｍの発光波長
１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層５、層厚
１．５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６、層厚
０．３μｍのＺnドープｐ型ＩnＧaＡsコンタクト層７の
順に積層した。
にＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰを用いた電界吸収型光変調
器（ＥＡ変調器）に関するものである。素子の構造は実
施例１とほぼ同じなので、図１及び図２を用いて説明す
る。先ず、面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上に、
層厚０．２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰクラッド層２、層
厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡ
sＰガイド層３、層厚０．１５μｍの吸収端波長１．５
０μｍのノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ
（多重量子井戸）光吸収層４、層厚４０ｎｍの発光波長
１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層５、層厚
１．５μｍのＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６、層厚
０．３μｍのＺnドープｐ型ＩnＧaＡsコンタクト層７の
順に積層した。
【００２４】ここで、光吸収層以外の化合物半導体層は
特に断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成で
ある。次に、図２（ｂ）に示すように、ＳiＯ2８をマス
クとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、幅
２μｍで高さ３μｍ程度のメサストライプを形成した。
引き続き、図２（ｃ）に示すように、メサストライプを
形成した基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、Ｆeを添加し
たＩnＰ９とＲuを添加したＩnＰ層１０（層厚３μｍ）
を成長させた。Ｆeを添加したＩnＰ層の成長には、公知
の原料を用いて行った。
特に断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成で
ある。次に、図２（ｂ）に示すように、ＳiＯ2８をマス
クとしてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、幅
２μｍで高さ３μｍ程度のメサストライプを形成した。
引き続き、図２（ｃ）に示すように、メサストライプを
形成した基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、Ｆeを添加し
たＩnＰ９とＲuを添加したＩnＰ層１０（層厚３μｍ）
を成長させた。Ｆeを添加したＩnＰ層の成長には、公知
の原料を用いて行った。
【００２５】また、Ｒuの原料としてビスジメチルペン
タディエニルルテニウムbis(η 5-2,4-dimethylpentadi
enyl)ruthenium（II）を用いた。この後、図２（ｄ）に
示すように、ＳiＯ2マスク８を除去し、メサの直上以外
の表面にＳiＯ2保護膜１１を形成した後、ｐ型電極１２
を形成し、更に基板側にｎ型電極１３を形成した。Ｆe
ドープＩnＰ層の厚さが０．１μｍ，０．４μｍ及び
０．８μｍの３種類となる素子を作製し、その特性を比
較した。ここでＦeドープＩnＰ層の厚さとはメサ腺の厚
さを意味する。３種類の素子ともの抵抗率は約１０8Ω
ｃｍ以上であった。
タディエニルルテニウムbis(η 5-2,4-dimethylpentadi
enyl)ruthenium（II）を用いた。この後、図２（ｄ）に
示すように、ＳiＯ2マスク８を除去し、メサの直上以外
の表面にＳiＯ2保護膜１１を形成した後、ｐ型電極１２
を形成し、更に基板側にｎ型電極１３を形成した。Ｆe
ドープＩnＰ層の厚さが０．１μｍ，０．４μｍ及び
０．８μｍの３種類となる素子を作製し、その特性を比
較した。ここでＦeドープＩnＰ層の厚さとはメサ腺の厚
さを意味する。３種類の素子ともの抵抗率は約１０8Ω
ｃｍ以上であった。
【００２６】チップ化した電界吸収型光変調器の小信号
変調特性は、３ｄＢ帯域で、ＦeドープＩnＰ層の厚さが
０．８μｍの場合は約１０ＧＨｚ，０．４μｍの場合は
約１５ＧＨｚ，０．１μｍの場合は約２０ＧＨｚであっ
た。これは、ＦeドープＩnＰ層の厚さの減少により素子
容量が減少し、その結果変調帯域が広がったことを意味
する。次に消光比を比較すると、ＦeドープＩnＰ層の厚
さが厚いほど消光比が劣化する傾向がある。
変調特性は、３ｄＢ帯域で、ＦeドープＩnＰ層の厚さが
０．８μｍの場合は約１０ＧＨｚ，０．４μｍの場合は
約１５ＧＨｚ，０．１μｍの場合は約２０ＧＨｚであっ
た。これは、ＦeドープＩnＰ層の厚さの減少により素子
容量が減少し、その結果変調帯域が広がったことを意味
する。次に消光比を比較すると、ＦeドープＩnＰ層の厚
さが厚いほど消光比が劣化する傾向がある。
【００２７】これは、ＺnがＦeドープ Ｐ層に拡散する
際に、Ｚn−Ｆe相互拡散によりＦeドープＩnＰ層からｐ
型ＩnＰクラッド層にＦeが拡散するためである。拡散し
たＦeはキックアウトメカニズムでＺnを格子間に追い出
す。追い出されたＺnは、光吸収層に拡散する。Ｆeドー
プＩnＰ層が厚いほど相互拡散によりｐ型ＩnＰクラッド
層に入るＦeの量が多くなるため、それだけ光吸収層に
拡散するＺnが多くなる。そのため、光吸収層にかかる
電界が弱まり、消光比が劣化する。
際に、Ｚn−Ｆe相互拡散によりＦeドープＩnＰ層からｐ
型ＩnＰクラッド層にＦeが拡散するためである。拡散し
たＦeはキックアウトメカニズムでＺnを格子間に追い出
す。追い出されたＺnは、光吸収層に拡散する。Ｆeドー
プＩnＰ層が厚いほど相互拡散によりｐ型ＩnＰクラッド
層に入るＦeの量が多くなるため、それだけ光吸収層に
拡散するＺnが多くなる。そのため、光吸収層にかかる
電界が弱まり、消光比が劣化する。
【００２８】〔実施例３〕本発明の第３の実施例の構造
を図３に示す。本実施例は、電界吸収型光変調器（ＥＡ
変調器）と分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）を
モノリシック集積した集積化光源（ＥＡ−ＤＦＢ）に関
するものである。電界吸収型光変調器部と分布帰還型半
導体レーザ部、及び両者の間の溝部からなる。素子は共
通の基板である面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上
に形成されている。
を図３に示す。本実施例は、電界吸収型光変調器（ＥＡ
変調器）と分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）を
モノリシック集積した集積化光源（ＥＡ−ＤＦＢ）に関
するものである。電界吸収型光変調器部と分布帰還型半
導体レーザ部、及び両者の間の溝部からなる。素子は共
通の基板である面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上
に形成されている。
【００２９】電界吸収型光変調器部の構成は、前記のｎ
型ＩnＰ基板１上に、層厚０．２μｍのＳeドープｎ型Ｉ
nＰクラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍ
のノンドープＩnＧaＡsＰガイド層１０３、層厚０．１
５μｍの吸収端波長１．５０μｍのノンドープＩnＧaＡ
sＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）光吸収層１
０４、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープ
ＩnＧaＡsＰガイド層１０５、層厚１．５μｍのＺnドー
プｐ型ＩnＰクラッド層１０６、層厚０．３μｍのＺnド
ープＩnＧaＡsコンタクト層１０７の順に積層されてい
る。
型ＩnＰ基板１上に、層厚０．２μｍのＳeドープｎ型Ｉ
nＰクラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍ
のノンドープＩnＧaＡsＰガイド層１０３、層厚０．１
５μｍの吸収端波長１．５０μｍのノンドープＩnＧaＡ
sＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）光吸収層１
０４、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープ
ＩnＧaＡsＰガイド層１０５、層厚１．５μｍのＺnドー
プｐ型ＩnＰクラッド層１０６、層厚０．３μｍのＺnド
ープＩnＧaＡsコンタクト層１０７の順に積層されてい
る。
【００３０】ここで、光吸収層以外の化合物半導体層は
特に断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成で
ある。それが、幅２μｍで高さ３μｍ程度のメサストラ
イプに形成され、その両側面をＦeを添加したＩnＰ層９
とＲuを添加したＩnＰ層１０で埋め込まれている。Ｆe
添加ＩnＰ層９は、埋込成長を行っている過程で接触し
ているＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６からＺnが拡散
し、ｐ型に変化する。そのため、Ｚnドープｐ型ＩnＰク
ラッド層６とＦe添加ＩnＰ層９との界面に存在する欠陥
が不活性となり、リーク電流が低減される。しかしなが
ら、Ｒu添加ＩnＰ層１０へのＺnの拡散は起こり難いた
め、Ｚn拡散はＦe添加ＩnＰ層９までに制限される。
特に断らない限り、ＩnＰ基板１に格子整合する組成で
ある。それが、幅２μｍで高さ３μｍ程度のメサストラ
イプに形成され、その両側面をＦeを添加したＩnＰ層９
とＲuを添加したＩnＰ層１０で埋め込まれている。Ｆe
添加ＩnＰ層９は、埋込成長を行っている過程で接触し
ているＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６からＺnが拡散
し、ｐ型に変化する。そのため、Ｚnドープｐ型ＩnＰク
ラッド層６とＦe添加ＩnＰ層９との界面に存在する欠陥
が不活性となり、リーク電流が低減される。しかしなが
ら、Ｒu添加ＩnＰ層１０へのＺnの拡散は起こり難いた
め、Ｚn拡散はＦe添加ＩnＰ層９までに制限される。
【００３１】メサの直上以外の表面にＳiＯ2保護膜１１
を形成した後、ｐ型電極１１２を形成し、更に基板側に
共通のｎ型電極１３を形成した。分布帰還型半導体レー
ザ部の構成は、前記のｎ型ＩnＰ基板１上に、層厚０．
２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰクラッド層２、層厚４０ｎ
ｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイ
ド層２０３、層厚０．１５μｍの発光波長１．５５μｍ
のノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重
量子井戸）活性層２０４、上面に回折格子が形成されて
いる層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩ
nＧaＡsＰガイド層２０５、層厚１．５μｍのＺnドープ
ｐ型ＩnＰクラッド層６、層厚０．３μｍのＺnドープＩ
nＧaＡsコンタクト層７の順に積層されている。
を形成した後、ｐ型電極１１２を形成し、更に基板側に
共通のｎ型電極１３を形成した。分布帰還型半導体レー
ザ部の構成は、前記のｎ型ＩnＰ基板１上に、層厚０．
２μｍのＳeドープｎ型ＩnＰクラッド層２、層厚４０ｎ
ｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイ
ド層２０３、層厚０．１５μｍの発光波長１．５５μｍ
のノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重
量子井戸）活性層２０４、上面に回折格子が形成されて
いる層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩ
nＧaＡsＰガイド層２０５、層厚１．５μｍのＺnドープ
ｐ型ＩnＰクラッド層６、層厚０．３μｍのＺnドープＩ
nＧaＡsコンタクト層７の順に積層されている。
【００３２】ここで、活性層以外の化合物半導体層は特
に断らない限り、ＩnＰ基板に格子整合する組成であ
る。それが、幅２μｍで高さ３μｍ程度のメサストライ
プに形成され、その両側面をＦeを添加したＩnＰ層９と
Ｒuを添加したＩnＰ層１０で埋め込まれている。Ｆe添
加ＩnＰ層９は、埋込成長を行っている過程で接触して
いるＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６からＺnが拡散
し、ｐ型に変化する。そのため、Ｚnドープｐ型ＩnＰク
ラッド層６とＦe添加ＩnＰ層９との界面に存在する欠陥
が不活性となり、リーク電流が低減される。しかしなが
ら、Ｒu添加ＩnＰ層１０へのＺnの拡散は起こり難いた
め、Ｚn拡散はＦe添加ＩnＰ層９までに制限される。
に断らない限り、ＩnＰ基板に格子整合する組成であ
る。それが、幅２μｍで高さ３μｍ程度のメサストライ
プに形成され、その両側面をＦeを添加したＩnＰ層９と
Ｒuを添加したＩnＰ層１０で埋め込まれている。Ｆe添
加ＩnＰ層９は、埋込成長を行っている過程で接触して
いるＺnドープｐ型ＩnＰクラッド層６からＺnが拡散
し、ｐ型に変化する。そのため、Ｚnドープｐ型ＩnＰク
ラッド層６とＦe添加ＩnＰ層９との界面に存在する欠陥
が不活性となり、リーク電流が低減される。しかしなが
ら、Ｒu添加ＩnＰ層１０へのＺnの拡散は起こり難いた
め、Ｚn拡散はＦe添加ＩnＰ層９までに制限される。
【００３３】メサの直上以外の表面にＳiＯ2保護膜１１
を形成した後、ｐ型電極２１２を形成し、更に基板側に
共通のｎ型電極１３を形成した。溝部においては、光吸
収層１０４と活性層２０４はバットジョイントで結合し
ている。また、電気的な絶縁を行うために、ＩnＧaＡs
コンタクト層７は除去されている。メサストライプ構
造、埋め込み層のＦeを添加したＩnＰ層９とＲuを添加
したＩnＰ層１０は、電界吸収型光変調器部、分布帰還
型半導体レーザ部及び溝部に共通のものである。埋め込
み層のＦeを添加したＩnＰ層９とＲuを添加したＩnＰ層
１０は、一括形成されたものである。
を形成した後、ｐ型電極２１２を形成し、更に基板側に
共通のｎ型電極１３を形成した。溝部においては、光吸
収層１０４と活性層２０４はバットジョイントで結合し
ている。また、電気的な絶縁を行うために、ＩnＧaＡs
コンタクト層７は除去されている。メサストライプ構
造、埋め込み層のＦeを添加したＩnＰ層９とＲuを添加
したＩnＰ層１０は、電界吸収型光変調器部、分布帰還
型半導体レーザ部及び溝部に共通のものである。埋め込
み層のＦeを添加したＩnＰ層９とＲuを添加したＩnＰ層
１０は、一括形成されたものである。
【００３４】電界吸収型光変調器と分布帰還型半導体レ
ーザを比較すると、半絶縁埋込に関して相容れない要求
条件がある。即ち、分布帰還型半導体レーザ部では、Ｚ
nドープｐ型ＩnＰクラッド層６からのＺn拡散を促進し
て再成長界面の欠陥を不活性化してしまうことが、リー
ク電流をなくす上で必要である。しかし、電界吸収型光
変調器部では、Ｚn拡散のために素子容量が増加すると
高速変調が不可能になる。この相容れない要求を満足す
るために、埋め込み層のＦeを添加したＩnＰ層９の厚さ
を最適化する必要がある。ＦeドープＩnＰ層の厚さが
０．１μｍ，０．４μｍ及び０．８μｍの３種類となる
素子を作製し、その特性を比較した。ここでＦeドープ
ＩnＰ層の厚さとはメサ脇の厚さを意味する。
ーザを比較すると、半絶縁埋込に関して相容れない要求
条件がある。即ち、分布帰還型半導体レーザ部では、Ｚ
nドープｐ型ＩnＰクラッド層６からのＺn拡散を促進し
て再成長界面の欠陥を不活性化してしまうことが、リー
ク電流をなくす上で必要である。しかし、電界吸収型光
変調器部では、Ｚn拡散のために素子容量が増加すると
高速変調が不可能になる。この相容れない要求を満足す
るために、埋め込み層のＦeを添加したＩnＰ層９の厚さ
を最適化する必要がある。ＦeドープＩnＰ層の厚さが
０．１μｍ，０．４μｍ及び０．８μｍの３種類となる
素子を作製し、その特性を比較した。ここでＦeドープ
ＩnＰ層の厚さとはメサ脇の厚さを意味する。
【００３５】３種類の素子ともの電界吸収型光変調器部
及び分布帰還型半導体レーザ部の抵抗率は約１０8Ωｃ
ｍ以上であった。チップ化した素子の分布帰還型半導体
レーザ部の発振閾値及び光出力効率は、ＦeドープＩnＰ
層の厚さに無関係に一定で、それぞれ約１０ｍＡと約３
５％であった。これは、電界吸収型光変調器部に印加す
る逆バイアスをゼロにした時の値である。次に、分布帰
還型半写体レーザ部を一定の注入貫流の下に発振させ、
電界吸収型光変調器部でこの発振光を変調させ、その特
性を比較した。電界吸収型光変調器の小信号変調特性
は、３ｄＢ帯域で、ＦeドープＩnＰ層の厚さが０．８μ
ｍの場合は約１０ＧＨｚ，０．４μｍの場合は約１５Ｇ
Ｈｚ，０．１μｍの場合は約２０ＧＨｚであった。これ
は、ＦeドープＩnＰ層の厚さの減少により素子容量が減
少し、その結果変調帯域が広がったことを意味する。
及び分布帰還型半導体レーザ部の抵抗率は約１０8Ωｃ
ｍ以上であった。チップ化した素子の分布帰還型半導体
レーザ部の発振閾値及び光出力効率は、ＦeドープＩnＰ
層の厚さに無関係に一定で、それぞれ約１０ｍＡと約３
５％であった。これは、電界吸収型光変調器部に印加す
る逆バイアスをゼロにした時の値である。次に、分布帰
還型半写体レーザ部を一定の注入貫流の下に発振させ、
電界吸収型光変調器部でこの発振光を変調させ、その特
性を比較した。電界吸収型光変調器の小信号変調特性
は、３ｄＢ帯域で、ＦeドープＩnＰ層の厚さが０．８μ
ｍの場合は約１０ＧＨｚ，０．４μｍの場合は約１５Ｇ
Ｈｚ，０．１μｍの場合は約２０ＧＨｚであった。これ
は、ＦeドープＩnＰ層の厚さの減少により素子容量が減
少し、その結果変調帯域が広がったことを意味する。
【００３６】次に消光比を比較すると、ＦeドープＩnＰ
層の厚さが厚いほど消光比が劣化する傾向がある。これ
は、ＺnがＦeドープＩnＰ層に拡散する際に、Ｚn−Ｆe
相互拡散によりＦeドープＩnＰ層からｐ型ＩnＰクラッ
ド層にＦeが拡散するためである。拡散したＦeはキック
アウトメカニズムでＺnを格子間に追い出す。追い出さ
れたＺnは、光吸収層に拡散する。
層の厚さが厚いほど消光比が劣化する傾向がある。これ
は、ＺnがＦeドープＩnＰ層に拡散する際に、Ｚn−Ｆe
相互拡散によりＦeドープＩnＰ層からｐ型ＩnＰクラッ
ド層にＦeが拡散するためである。拡散したＦeはキック
アウトメカニズムでＺnを格子間に追い出す。追い出さ
れたＺnは、光吸収層に拡散する。
【００３７】ＦeドープＩnＰ層が厚いほど相互拡散によ
りｐ型ＩnＰクラッド層入るＦeの量が多くなるため、そ
れだけ光吸収層に拡散するＺnが多くなる。そのため、
光吸収層にかかる電界が弱まり、消光比が劣化する。Ｆ
eドープＩnＰ層の厚さが０．１μｍの場合は、分布帰還
型半導体レーザ部の発振閾値が低く、発光効率が高く、
しかも電界吸収型光変調器部の変調帯域も高い。この様
に、メサストライプの側壁とＲu添加ＩnＰ層１０との間
に、拡散促進層となるＦe添加ＩnＰ層９が挿入されたこ
とにより、半絶縁埋込に関して相容れない要求条件を満
足したＥＡ−ＤＦＢが得られた。
りｐ型ＩnＰクラッド層入るＦeの量が多くなるため、そ
れだけ光吸収層に拡散するＺnが多くなる。そのため、
光吸収層にかかる電界が弱まり、消光比が劣化する。Ｆ
eドープＩnＰ層の厚さが０．１μｍの場合は、分布帰還
型半導体レーザ部の発振閾値が低く、発光効率が高く、
しかも電界吸収型光変調器部の変調帯域も高い。この様
に、メサストライプの側壁とＲu添加ＩnＰ層１０との間
に、拡散促進層となるＦe添加ＩnＰ層９が挿入されたこ
とにより、半絶縁埋込に関して相容れない要求条件を満
足したＥＡ−ＤＦＢが得られた。
【００３８】本実施例に係る半導体レーザの製造方法に
ついて、図４〜図１０を参照して説明する。先ず、図４
に示すように面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上に
ＭＯＶＰＥ法により層厚０．２μｍのＳeをドーパント
とするｎ型ＩnＰクラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波
長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層２０
３、層厚０．１５μｍの発光波長１．５５μｍのノンド
ープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井
戸）活性層２０４、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍ
のノンドープＩnＧaＡsＰガイド層２０５を成長する。
ついて、図４〜図１０を参照して説明する。先ず、図４
に示すように面方位（１００）のｎ型ＩnＰ基板１上に
ＭＯＶＰＥ法により層厚０．２μｍのＳeをドーパント
とするｎ型ＩnＰクラッド層２、層厚４０ｎｍの発光波
長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層２０
３、層厚０．１５μｍの発光波長１．５５μｍのノンド
ープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井
戸）活性層２０４、層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍ
のノンドープＩnＧaＡsＰガイド層２０５を成長する。
【００３９】次に、図５に示す様に、電界吸収型光変調
器を作製する予定の領域にある前記積層体（層厚４０ｎ
ｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイ
ド層２０３、層厚０．１５μｍの発光波長１．５５μｍ
のノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重
量子井戸）活性層２０４、層厚４０ｎｍの発光波長１．
３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層２０５、エッ
チングして除去する。引き続き、図６に示す様に電界吸
収型光変調器を作製する予定域に、ＭＯＶＰＥ法によ
り、下から層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンド
ープＩnＧaＡsＰガイド層１０３、層厚０．１５μｍの
吸収端波長１．５０μｍのノンドープＩnＧaＡsＰ／Ｉn
ＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）光吸収層１０４、層
厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡ
sＰガイド層１０５を成長する。
器を作製する予定の領域にある前記積層体（層厚４０ｎ
ｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイ
ド層２０３、層厚０．１５μｍの発光波長１．５５μｍ
のノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重
量子井戸）活性層２０４、層厚４０ｎｍの発光波長１．
３μｍのノンドープＩnＧaＡsＰガイド層２０５、エッ
チングして除去する。引き続き、図６に示す様に電界吸
収型光変調器を作製する予定域に、ＭＯＶＰＥ法によ
り、下から層厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンド
ープＩnＧaＡsＰガイド層１０３、層厚０．１５μｍの
吸収端波長１．５０μｍのノンドープＩnＧaＡsＰ／Ｉn
ＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多重量子井戸）光吸収層１０４、層
厚４０ｎｍの発光波長１．３μｍのノンドープＩnＧaＡ
sＰガイド層１０５を成長する。
【００４０】このとき、電界吸収型光変調器の光吸収層
１０４と分布帰還型半導体レーザの活性層２０４はバッ
トジョイントにより結合される。更に、図７に示す様
に、分布帰還型半導体レーザの作製予定域のＩnＧaＡs
Ｐガイド層２０５の表面に回折格子を形成する。そし
て、図８に示す様に全面に層厚１．５μｍのＺnドープ
ｐ型ＩnＰクラッド層６と層厚０．３μｍのＺnドープＩ
nＧaＡsコンタクト層７をＭＯＶＰＥ法により成長す
る。その後、図９に示す様に、ＳiＯ2をマスク２５とし
てＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、幅２μｍ
で高さ２μｍ程度のメサストライプを形成する。
１０４と分布帰還型半導体レーザの活性層２０４はバッ
トジョイントにより結合される。更に、図７に示す様
に、分布帰還型半導体レーザの作製予定域のＩnＧaＡs
Ｐガイド層２０５の表面に回折格子を形成する。そし
て、図８に示す様に全面に層厚１．５μｍのＺnドープ
ｐ型ＩnＰクラッド層６と層厚０．３μｍのＺnドープＩ
nＧaＡsコンタクト層７をＭＯＶＰＥ法により成長す
る。その後、図９に示す様に、ＳiＯ2をマスク２５とし
てＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、幅２μｍ
で高さ２μｍ程度のメサストライプを形成する。
【００４１】電界吸収型光変調器部も分布帰還型半導体
レーザ部も同じメサストライプの構造である。最後に、
図１０に示す様に、メサストライプを形成した基板上
に、ＭＯＶＰＥ法により、Ｆeを添加したＩnＰ９とＲu
を添加したＩnＰ層１０（層厚３μｍ）を成長させた。
Ｆeを添加したＩnＰ層の成長には、公知の原料を用いて
行った。また、Ｒuの原料としてビスジメチルペンタデ
ィエニルルテニウムbis(η 5-2,4-dimethylpentadieny
l)ruthenium（II）を用いた。この後、図２に示すよう
に、ＳiＯ2マスクを除去し、メサの直上以外の表面にＳ
iＯ2保護膜１１を形成した後、ｐ型電極１２を形成し、
更に基板側に共通のｎ型電極１３を形成した。
レーザ部も同じメサストライプの構造である。最後に、
図１０に示す様に、メサストライプを形成した基板上
に、ＭＯＶＰＥ法により、Ｆeを添加したＩnＰ９とＲu
を添加したＩnＰ層１０（層厚３μｍ）を成長させた。
Ｆeを添加したＩnＰ層の成長には、公知の原料を用いて
行った。また、Ｒuの原料としてビスジメチルペンタデ
ィエニルルテニウムbis(η 5-2,4-dimethylpentadieny
l)ruthenium（II）を用いた。この後、図２に示すよう
に、ＳiＯ2マスクを除去し、メサの直上以外の表面にＳ
iＯ2保護膜１１を形成した後、ｐ型電極１２を形成し、
更に基板側に共通のｎ型電極１３を形成した。
【００４２】以上の実施例では、埋め込み層としてＩn
Ｐ結晶を用いているが、ＩnＧaＡlＡs，ＩnＡlＡs，Ｉn
ＧaＡsＰといったＩnＰに格子整合する材料系に有効で
あること、また多重量子井戸層にＩnＧaＡsＰ，ＩnＧa
ＡlＡs，ＩnＡlＡsのＭＱＷ層を取り扱っているが、Ｉn
Ｐ−ＩnＧaＡsＰ−ＩnＧaＡs系、ＩnＡlＡs，ＩnＧaＡl
Ａs−ＩnＧaＡs系をはじめとするＩnＰを基板とするす
べての系におけるバルク層、多重量子井戸層等の構造に
有効であることはいうまでもない。また、ｐ型不純物と
してＺn，ｎ型不純物としてＳeを取り上げているが、こ
れらと同じ導電形を持つ他の添加物を用いても本発明は
同様な効果を実現できる。
Ｐ結晶を用いているが、ＩnＧaＡlＡs，ＩnＡlＡs，Ｉn
ＧaＡsＰといったＩnＰに格子整合する材料系に有効で
あること、また多重量子井戸層にＩnＧaＡsＰ，ＩnＧa
ＡlＡs，ＩnＡlＡsのＭＱＷ層を取り扱っているが、Ｉn
Ｐ−ＩnＧaＡsＰ−ＩnＧaＡs系、ＩnＡlＡs，ＩnＧaＡl
Ａs−ＩnＧaＡs系をはじめとするＩnＰを基板とするす
べての系におけるバルク層、多重量子井戸層等の構造に
有効であることはいうまでもない。また、ｐ型不純物と
してＺn，ｎ型不純物としてＳeを取り上げているが、こ
れらと同じ導電形を持つ他の添加物を用いても本発明は
同様な効果を実現できる。
【００４３】そして、実施例では、半導体レーザ、光変
調器について述べたが、半導体アンプ、フォトダイオー
ド等の他の半導体素子や、単体素子だけでなく、半導体
レーザに光変調器を集積した素子、半導体アンプと光変
調器を集積した素子等の集積素子に有効であることは言
うまでもない。このように説明したように、本発明は、
埋め込み型半導体光素子の高性能化を実現するものであ
り、埋め込みに使う半絶縁半導体結晶が不純物拡散を促
進する層と不純物拡散を抑制する層の２層を含む点に特
徴があり、これにより埋め込み界面でのリーク電流を低
減できると同時に素子容量の増大を抑制することが可能
となる。
調器について述べたが、半導体アンプ、フォトダイオー
ド等の他の半導体素子や、単体素子だけでなく、半導体
レーザに光変調器を集積した素子、半導体アンプと光変
調器を集積した素子等の集積素子に有効であることは言
うまでもない。このように説明したように、本発明は、
埋め込み型半導体光素子の高性能化を実現するものであ
り、埋め込みに使う半絶縁半導体結晶が不純物拡散を促
進する層と不純物拡散を抑制する層の２層を含む点に特
徴があり、これにより埋め込み界面でのリーク電流を低
減できると同時に素子容量の増大を抑制することが可能
となる。
【００４４】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて詳細に説明した
ように、本発明では、メサストライプを埋め込む半絶縁
性半導体結晶が、第２導電型不純物の拡散を促進する半
絶縁不純物を含む拡散促進層と該第２導電型不純物の拡
散を抑制する半絶縁不純物を含む半絶縁層とからなり、
拡散促進層がメサストライプ側壁と半絶縁層の間に挿入
されていること、拡散促進層にはｐ型不純物との相互拡
散を促進する半絶縁不純物が添加されていることが特徴
である。また、拡散促進層の外側に配された半絶縁層に
はｐ型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物が含まれて
いる。
ように、本発明では、メサストライプを埋め込む半絶縁
性半導体結晶が、第２導電型不純物の拡散を促進する半
絶縁不純物を含む拡散促進層と該第２導電型不純物の拡
散を抑制する半絶縁不純物を含む半絶縁層とからなり、
拡散促進層がメサストライプ側壁と半絶縁層の間に挿入
されていること、拡散促進層にはｐ型不純物との相互拡
散を促進する半絶縁不純物が添加されていることが特徴
である。また、拡散促進層の外側に配された半絶縁層に
はｐ型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物が含まれて
いる。
【００４５】そのため、ｐ型不純物の拡散は拡散促進層
と半絶縁層の界面で制限されることになる。拡散促進層
にはｐ型不純物の拡散を促進する半絶縁不純物が添加さ
れているので、埋込成長を行っている過程で接触してい
るｐ型クラッド層からｐ型不純物が拡散し、ｐ型に変化
する。そのため、ｐ型クラッド層と拡散促進層との界面
に存在する欠陥が不活性となり、リーク電流が低減され
る。しかしながら、半絶縁層にはｐ型不純物の拡散を抑
制する半絶縁不純物が添加されているので、半絶縁層へ
のｐ型不純物の拡散は起こり難い。そのため、ｐ型不純
物の拡散は拡散促進層までに制限される。以上の理由に
より、本発明を用いれば、ｐ型不純物の半絶縁埋め込み
層への拡散を制御可能な構造を有する半導体光素子及び
その製造方法を提供することができるという顕著な効果
を奏する。
と半絶縁層の界面で制限されることになる。拡散促進層
にはｐ型不純物の拡散を促進する半絶縁不純物が添加さ
れているので、埋込成長を行っている過程で接触してい
るｐ型クラッド層からｐ型不純物が拡散し、ｐ型に変化
する。そのため、ｐ型クラッド層と拡散促進層との界面
に存在する欠陥が不活性となり、リーク電流が低減され
る。しかしながら、半絶縁層にはｐ型不純物の拡散を抑
制する半絶縁不純物が添加されているので、半絶縁層へ
のｐ型不純物の拡散は起こり難い。そのため、ｐ型不純
物の拡散は拡散促進層までに制限される。以上の理由に
より、本発明を用いれば、ｐ型不純物の半絶縁埋め込み
層への拡散を制御可能な構造を有する半導体光素子及び
その製造方法を提供することができるという顕著な効果
を奏する。
【図１】本発明の第１及び第２の実施例を示す構造図で
ある。
ある。
【図２】本発明の第１及び第２の実施例の製造方法を示
す工程図である。
す工程図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す構造図である。
【図４】本発明の第３の実施例の製造方法を示す工程図
である。
である。
【図５】本発明の第３の実施例の製造方法を示す工程図
である。
である。
【図６】本発明の第３の実施例の製造方法を示す工程図
である。
である。
【図７】本発明の第３の実施例の製造方法を示す工程図
である。
である。
【図８】本発明の第３の実施例の製造方法を示す工程図
である。
である。
【図９】本発明の第３の実施例の製造方法を示す工程図
である。
である。
【図１０】本発明の第３の実施例の製造方法を示す工程
図である。
図である。
【図１１】従来例の説明図である。
【図１２】従来例の説明図である。
１ ｎ型ＩnＰ基板
２ Ｓeドープｎ型ＩnＰクラッド層
３ ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層
４ ノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ（多
重量子井戸）活性層又は光吸収層 ５ ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層 ６ Ｚnドープｐ型ＩnＰクラッド層 ７ ＺnドープＩnＧaＡsコンタクト層 ８ ＳiＯ2マスク ９ Ｆeを添加したＩnＰ層 １０ Ｒuを添加したＩnＰ層 １１ ＳiＯ2保護膜 １２ ｐ型電極 １３ ｎ型電極 １０３ ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層 １０４ ノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ
（多重量子井戸）光吸収層 １０５ ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層 １１２ ｐ型電極 ２０３ ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層 ２０４ ノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ
（多重量子井戸）活性層 ２０５ ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層 ２１２ ｐ型電極
重量子井戸）活性層又は光吸収層 ５ ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層 ６ Ｚnドープｐ型ＩnＰクラッド層 ７ ＺnドープＩnＧaＡsコンタクト層 ８ ＳiＯ2マスク ９ Ｆeを添加したＩnＰ層 １０ Ｒuを添加したＩnＰ層 １１ ＳiＯ2保護膜 １２ ｐ型電極 １３ ｎ型電極 １０３ ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層 １０４ ノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ
（多重量子井戸）光吸収層 １０５ ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層 １１２ ｐ型電極 ２０３ ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層 ２０４ ノンドープＩnＧaＡsＰ／ＩnＧaＡsＰ歪ＭＱＷ
（多重量子井戸）活性層 ２０５ ノンドープＩnＧaＡsＰガイド層 ２１２ ｐ型電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 伊賀 龍三
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 近藤 康洋
東京都千代田区大手町二丁目３番１号 日
本電信電話株式会社内
Ｆターム(参考） 2H079 AA02 AA13 BA01 DA16 EA07
EA08 EB04 HA14 KA18
5F073 AA22 AA64 AA74 AB21 CA12
CB12 CB19 EA14
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板上に、少なくとも第１の導電
型のクラッド層、活性層或いは光吸収層からなる活性領
域、第２の導電性を有するクラッド層からなる積層体が
メサストライプ状に加工されており、該積層体の両側を
半絶縁性半導体結晶で埋め込まれた埋め込み型半導体光
素子において、該半絶縁性半導体結晶は、該第２導電型
不純物の拡散を促進する半絶縁不純物を含む層、該第２
導電型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物を含む層の
順に配されていることを特徴とする半導体光素子。 - 【請求項２】 前記第２導電型不純物の拡散を促進する
半絶縁不純物は鉄であり、前記第２導電型不純物の拡散
を抑制する半絶縁不純物はルテニウムであることを特徴
とする請求項１記載の半導体光素子。 - 【請求項３】 前記半導体光素子は半導体レーザと電界
吸収型光変調器をモノリシック集積した集積化光源であ
ることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体光素
子。 - 【請求項４】 半導体基板上に、少なくとも第１の導電
型のクラッド層、活性層或いは光吸収層からなる活性領
域、第２の導電性を有するクラッド層からなる積層体を
形成する工程、該積層体をメサストライプ状に加工する
工程、該積層体の両側を半絶縁性半導体結晶で埋め込む
工程からなる埋め込み型半導体光素子の製造方法におい
て、該半絶縁性半導体結晶で埋め込む際に、該第２導電
型不純物の拡散を促進する半絶縁不純物を含む層、該第
２導電型不純物の拡散を抑制する半絶縁不純物を含む層
の順に形成することを特徴とする半導体光素子の製造方
法。 - 【請求項５】 前記第２導電型不純物の拡散を促進する
半絶縁不純物は鉄であり、前記第２導電型不純物の拡散
を抑制する半絶縁不純物はルテニウムであることを特徴
とする請求項４記載の半導体光素子の製造方法。 - 【請求項６】 前記半導体光素子は半導体レーザと電界
吸収型光変調器をモノリシック集積した集積化光源であ
ることを特徴とする請求項４又は５記載の半導体光素子
の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001249831A JP3654435B2 (ja) | 2001-08-21 | 2001-08-21 | 半導体光素子及びその製造方法 |
| US10/222,433 US6815786B2 (en) | 2001-08-21 | 2002-08-16 | Semiconductor optical device and method of manufacturing the same |
| DE60210546T DE60210546T2 (de) | 2001-08-21 | 2002-08-16 | Optische Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren |
| EP02018467A EP1286439B1 (en) | 2001-08-21 | 2002-08-16 | Semiconductor optical device and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001249831A JP3654435B2 (ja) | 2001-08-21 | 2001-08-21 | 半導体光素子及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003060310A true JP2003060310A (ja) | 2003-02-28 |
| JP3654435B2 JP3654435B2 (ja) | 2005-06-02 |
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