JPH11220217A - 半導体光素子とその製造方法 - Google Patents
半導体光素子とその製造方法Info
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- JPH11220217A JPH11220217A JP2292198A JP2292198A JPH11220217A JP H11220217 A JPH11220217 A JP H11220217A JP 2292198 A JP2292198 A JP 2292198A JP 2292198 A JP2292198 A JP 2292198A JP H11220217 A JPH11220217 A JP H11220217A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】レーザ，導波路，受光素子，変調器等の集積化
において、井戸層膜厚だけでなく周期数や層構造の異な
る素子を簡便な方法で高歩留まりに集積化し、かつその
信頼性を向上する。 【解決手段】従来の一括選択成長法に塩素系の原料を添
加し、成長とエッチングを面内で制御する。
において、井戸層膜厚だけでなく周期数や層構造の異な
る素子を簡便な方法で高歩留まりに集積化し、かつその
信頼性を向上する。 【解決手段】従来の一括選択成長法に塩素系の原料を添
加し、成長とエッチングを面内で制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光通信などに用いら
れる半導体レーザや集積化光素子，光モジュールおよび
その製造方法に関する。
れる半導体レーザや集積化光素子，光モジュールおよび
その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】同一基板上に異なる機能の光素子を集積
化する方法には、マスク面積を変えることにより成長膜
厚の異なる層構造を１回で形成する選択成長法や、多層
成長後にエッチングを行い、再成長により異なる層構造
を形成する方法がある。前者の一例としては特開平1−3
21677 号等があり、後者の一例としては 第８回インジ
ウム フォスファイド アンド リレーテド マテリア
ルズ(Indium Phosphideand Related Materials）152−1
54頁 1996年がある。
化する方法には、マスク面積を変えることにより成長膜
厚の異なる層構造を１回で形成する選択成長法や、多層
成長後にエッチングを行い、再成長により異なる層構造
を形成する方法がある。前者の一例としては特開平1−3
21677 号等があり、後者の一例としては 第８回インジ
ウム フォスファイド アンド リレーテド マテリア
ルズ(Indium Phosphideand Related Materials）152−1
54頁 1996年がある。
【０００３】前者の選択成長法はマスクの面積を大きく
することにより成長領域の膜厚を厚くする方法である
が、膜厚比としては２〜３倍が限界であり、これ以上の
膜厚比は困難である。さらに、導波路とレーザからなる
集積化光素子や高出力レーザの端面領域には、周期数の
低減が有効であるが、周期数の面内制御までは不可能で
あった。
することにより成長領域の膜厚を厚くする方法である
が、膜厚比としては２〜３倍が限界であり、これ以上の
膜厚比は困難である。さらに、導波路とレーザからなる
集積化光素子や高出力レーザの端面領域には、周期数の
低減が有効であるが、周期数の面内制御までは不可能で
あった。
【０００４】また、後者の場合には周期数の異なる層構
造も可能であるが、成長回数が増え、製造工程が複雑に
なる。さらに再成長界面に欠陥が発生しやすく信頼性が
劣化したり、急峻に組成が変わるため再成長界面での反
射が問題であった。
造も可能であるが、成長回数が増え、製造工程が複雑に
なる。さらに再成長界面に欠陥が発生しやすく信頼性が
劣化したり、急峻に組成が変わるため再成長界面での反
射が問題であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は異なる
機能を有する素子の集積化において、井戸層膜厚だけで
なく、周期数や層構造の異なる素子を集積化することで
あり、レーザ，導波路，受光素子，変調器等の幅広い集
積化を実現することである。さらに、このような集積化
素子の信頼性を向上し、簡便な方法で高歩留まりに製造
することである。また、別の目的として単体の高出力の
半導体レーザにおいては、端面近傍の構造や組成を制御
し、出力の増大，信頼性の向上を図るものである。
機能を有する素子の集積化において、井戸層膜厚だけで
なく、周期数や層構造の異なる素子を集積化することで
あり、レーザ，導波路，受光素子，変調器等の幅広い集
積化を実現することである。さらに、このような集積化
素子の信頼性を向上し、簡便な方法で高歩留まりに製造
することである。また、別の目的として単体の高出力の
半導体レーザにおいては、端面近傍の構造や組成を制御
し、出力の増大，信頼性の向上を図るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では１回の選択成長法により、再成長界面を
出すことなく周期数や層構造の異なる成長領域を集積化
し、高信頼化と高歩留まり化を図った。周期数や層構造
の異なる素子の集積化にはマスクパターンを用い、マス
クパターンの面積により成長速度とエッチング速度を空
間的に制御し、所望の場所への選択的な成長を実現し
た。具体的には通常の選択成長時に塩素を含むエッチン
グガスを供給し、成長とエッチングの面内制御をマスク
パターンにより行った。
に、本発明では１回の選択成長法により、再成長界面を
出すことなく周期数や層構造の異なる成長領域を集積化
し、高信頼化と高歩留まり化を図った。周期数や層構造
の異なる素子の集積化にはマスクパターンを用い、マス
クパターンの面積により成長速度とエッチング速度を空
間的に制御し、所望の場所への選択的な成長を実現し
た。具体的には通常の選択成長時に塩素を含むエッチン
グガスを供給し、成長とエッチングの面内制御をマスク
パターンにより行った。
【０００７】また、単体の半導体レーザにおいては端面
部のマスクパターン面積をレーザ部より低減し、端面領
域の成長速度をエッチング速度と同等かエッチング速度
以下にし、端面部における井戸層の成長を停止させた。
部のマスクパターン面積をレーザ部より低減し、端面領
域の成長速度をエッチング速度と同等かエッチング速度
以下にし、端面部における井戸層の成長を停止させた。
【０００８】以下、本発明の選択成長法について図４を
用いて説明する。図４は選択成長時の成長速度とマスク
幅の関係、またエッチング速度とマスク幅の関係であ
る。成長速度はマスク幅の増加に伴い大幅に増大するの
に対し、エッチング速度はわずかにしか増大しない。こ
のため、例えばレーザ部と導波路部の集積化において、
レーザ部のマスク幅を２００μｍ、導波路部のマスク幅
を１３０μｍとし、成長原料とエッチング原料を同時に
供給した場合、導波路部では成長とエッチングが平衡状
態になり、井戸層の成長はレーザ部のみとなる。
用いて説明する。図４は選択成長時の成長速度とマスク
幅の関係、またエッチング速度とマスク幅の関係であ
る。成長速度はマスク幅の増加に伴い大幅に増大するの
に対し、エッチング速度はわずかにしか増大しない。こ
のため、例えばレーザ部と導波路部の集積化において、
レーザ部のマスク幅を２００μｍ、導波路部のマスク幅
を１３０μｍとし、成長原料とエッチング原料を同時に
供給した場合、導波路部では成長とエッチングが平衡状
態になり、井戸層の成長はレーザ部のみとなる。
【０００９】さらに、マスクの無い時の成長速度とエッ
チング速度は成長原料とエッチングガスの供給量に依存
するため、マスク面積，成長原料ガス，エッチングガス
の供給量を制御することにより、面内で周期数や積層構
造の異なる成長層を一括成長することができる。
チング速度は成長原料とエッチングガスの供給量に依存
するため、マスク面積，成長原料ガス，エッチングガス
の供給量を制御することにより、面内で周期数や積層構
造の異なる成長層を一括成長することができる。
【００１０】以上の知見に基づき、本発明者は次のプロ
セスを着想した。その基本的な特徴は、同一基板上に空
間的に周期数の異なる量子井戸構造を形成する方法とし
て、周期数の多い領域の近傍に酸化膜や窒化膜からなる
マスクを基板表面に有し、有機金属気相成長法による１
回の選択成長で同一基板上に周期数の異なる量子井戸構
造を形成し、前記選択成長時に塩素を含む原料ガスを添
加する工程にある。
セスを着想した。その基本的な特徴は、同一基板上に空
間的に周期数の異なる量子井戸構造を形成する方法とし
て、周期数の多い領域の近傍に酸化膜や窒化膜からなる
マスクを基板表面に有し、有機金属気相成長法による１
回の選択成長で同一基板上に周期数の異なる量子井戸構
造を形成し、前記選択成長時に塩素を含む原料ガスを添
加する工程にある。
【００１１】このプロセスは、半導体光素子の製造に応
用すると特に効果的であり、また半導体集積化光素子の
製造、即ち上記光素子を集積化するプロセスにも適用で
きる。このプロセスに用いる上記マスクの面積は、上記
量子井戸構造の周期数に対応させて周期数の多い領域の
マスク面積が周期数の少ない領域のマスク面積より大き
くなるように設定するとよい。さらに、上記有機金属気
相成長法によるプロセスにおいて、塩素を含む原料とし
て、ＨＣｌ，ＣＨ3Ｃｌ ，Ｃ2Ｈ5Ｃｌを用いるとよい。
用すると特に効果的であり、また半導体集積化光素子の
製造、即ち上記光素子を集積化するプロセスにも適用で
きる。このプロセスに用いる上記マスクの面積は、上記
量子井戸構造の周期数に対応させて周期数の多い領域の
マスク面積が周期数の少ない領域のマスク面積より大き
くなるように設定するとよい。さらに、上記有機金属気
相成長法によるプロセスにおいて、塩素を含む原料とし
て、ＨＣｌ，ＣＨ3Ｃｌ ，Ｃ2Ｈ5Ｃｌを用いるとよい。
【００１２】以上のプロセス上の知見に基づき、本発明
者は次の半導体光素子の構造を提供する。その基本的な
構造は、同一基板上に空間的に周期数の異なる量子井戸
構造を有することを特徴とする半導体光素子にある。
者は次の半導体光素子の構造を提供する。その基本的な
構造は、同一基板上に空間的に周期数の異なる量子井戸
構造を有することを特徴とする半導体光素子にある。
【００１３】空間的に周期数の異なる量子井戸構造につ
いては、後述の各実施例において具体的に述べるが、一
例として表現すれば、量子井戸構造を構成する少なくと
も２種類の層（互いに禁制帯幅が異なる）の積層の繰り
返し数が異なることを指す。通常量子井戸構造を構成す
る２種類の層は、量子井戸層とこれより禁制帯幅の大き
い障壁層と呼ばれるが、その間に禁制帯幅が量子井戸層
より大きくかつ障壁層より小さいスペーサ層が挿入され
ることもある。
いては、後述の各実施例において具体的に述べるが、一
例として表現すれば、量子井戸構造を構成する少なくと
も２種類の層（互いに禁制帯幅が異なる）の積層の繰り
返し数が異なることを指す。通常量子井戸構造を構成す
る２種類の層は、量子井戸層とこれより禁制帯幅の大き
い障壁層と呼ばれるが、その間に禁制帯幅が量子井戸層
より大きくかつ障壁層より小さいスペーサ層が挿入され
ることもある。
【００１４】量子井戸層と障壁層からなる量子井戸構造
の多くは、その周期数をＮとしたとき、一方の層数が
Ｎ、他方が（Ｎ＋１）となって、その構造に含まれる一
方の層のいずれもが他方の層に挟まれる関係を持つよう
に構成される（このとき、一方が量子井戸層の場合も、
障壁層の場合もある）。上述の半導体光素子に作り込ま
れた量子井戸構造は、その周期数の変化する遷移領域に
おいて、周期数の減少方向に伴い井戸層膜厚を連続的に
減少させて構成するとよい。また、当該量子井戸構造の
周期数の少ない領域は、上記半導体光素子の光導波路や
端面近傍に設けてもよい。
の多くは、その周期数をＮとしたとき、一方の層数が
Ｎ、他方が（Ｎ＋１）となって、その構造に含まれる一
方の層のいずれもが他方の層に挟まれる関係を持つよう
に構成される（このとき、一方が量子井戸層の場合も、
障壁層の場合もある）。上述の半導体光素子に作り込ま
れた量子井戸構造は、その周期数の変化する遷移領域に
おいて、周期数の減少方向に伴い井戸層膜厚を連続的に
減少させて構成するとよい。また、当該量子井戸構造の
周期数の少ない領域は、上記半導体光素子の光導波路や
端面近傍に設けてもよい。
【００１５】以上、本発明が提供する半導体光素子は、
これを集積化して半導体集積化光素子を構成してもよ
く、更にこの半導体集積化光素子を導波路とレーザ、も
しくは導波路と受光器、あるいはレーザ，導波路，受光
器とともに同一基板上に形成し、光モジュール（光信号
の送信用，受信用、又は送受信併用）を構成してもよ
い。
これを集積化して半導体集積化光素子を構成してもよ
く、更にこの半導体集積化光素子を導波路とレーザ、も
しくは導波路と受光器、あるいはレーザ，導波路，受光
器とともに同一基板上に形成し、光モジュール（光信号
の送信用，受信用、又は送受信併用）を構成してもよ
い。
【００１６】
【発明の実施の形態】（実施例１）図１は本発明を加入
者系のビーム拡大レーザに適用した実施例であり、図１
（ａ）は素子断面図、図１（ｂ）は活性層の断面図、図
１（ｃ）は選択成長用マスクを示している。
者系のビーム拡大レーザに適用した実施例であり、図１
（ａ）は素子断面図、図１（ｂ）は活性層の断面図、図
１（ｃ）は選択成長用マスクを示している。
【００１７】まず、ｎ−ＩｎＰ基板１、もしくはｎ−Ｉ
ｎＰバッファ層２（キャリア濃度：１×１０18cm-3，厚
さ：３００ｎｍ）の上に選択成長用のＳｉＯ2 マスク３
をデポし、活性層４（レーザ部の周期数：７，ビーム拡
大部の周期数：１）を有機金属気相成長法により選択的
に成長した。この時、選択成長用マスク３はビーム拡大
部５（マスクの幅×長さ：５０μｍ×２００μｍ）とレ
ーザ部６（マスクの幅×長さ：２００μｍ×５００μ
ｍ）でマスク幅がことなり、周期数の多いレーザ部のマ
スク幅を大きくしている。
ｎＰバッファ層２（キャリア濃度：１×１０18cm-3，厚
さ：３００ｎｍ）の上に選択成長用のＳｉＯ2 マスク３
をデポし、活性層４（レーザ部の周期数：７，ビーム拡
大部の周期数：１）を有機金属気相成長法により選択的
に成長した。この時、選択成長用マスク３はビーム拡大
部５（マスクの幅×長さ：５０μｍ×２００μｍ）とレ
ーザ部６（マスクの幅×長さ：２００μｍ×５００μ
ｍ）でマスク幅がことなり、周期数の多いレーザ部のマ
スク幅を大きくしている。
【００１８】また、活性層４はｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイ
ド層７（キャリア濃度：１×１０18cm-3，厚さ：１００
ｎｍ，波長１０５０ｎｍ），障壁層８（厚さ：１０ｎ
ｍ，波長１１００ｎｍ），井戸層９（レーザ部の厚さ：
６ｎｍ，ビーム拡大部の厚さ：２ｎｍ，波長１３７０ｎ
ｍ，歪量：０.８％）、ＣＨ3Ｃｌ添加の井戸層１０（レ
ーザ部の厚さ：６ｎｍ，波長１３７０ｎｍ，歪量：０.
８％ ，障壁層のエッチング量１ｎｍ)，アンドープガイ
ド層１１(厚さ：５０ｎｍ，波長１０５０ｎｍ）から構
成されている。
ド層７（キャリア濃度：１×１０18cm-3，厚さ：１００
ｎｍ，波長１０５０ｎｍ），障壁層８（厚さ：１０ｎ
ｍ，波長１１００ｎｍ），井戸層９（レーザ部の厚さ：
６ｎｍ，ビーム拡大部の厚さ：２ｎｍ，波長１３７０ｎ
ｍ，歪量：０.８％）、ＣＨ3Ｃｌ添加の井戸層１０（レ
ーザ部の厚さ：６ｎｍ，波長１３７０ｎｍ，歪量：０.
８％ ，障壁層のエッチング量１ｎｍ)，アンドープガイ
ド層１１(厚さ：５０ｎｍ，波長１０５０ｎｍ）から構
成されている。
【００１９】次に、選択成長用のＳｉＯ2 マスク３を除
去し、ｐ−ＩｎＰクラッド層１２（キャリア濃度：３×
１０17cm-3，厚さ：３００ｎｍ），ｐ−ＩｎＰクラッド
層１３(キャリア濃度：１×１０18cm-3，厚さ：３００
０ｎｍ)，ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１４（キャリア
濃度：２×１０19cm-3，厚さ：３００ｎｍ）を順次成長
し、ｐ型キャップ層１５，ｎ型キャップ層１６を蒸着
し、レーザ部，ビーム拡大部で劈開を行い、素子化を図
った。
去し、ｐ−ＩｎＰクラッド層１２（キャリア濃度：３×
１０17cm-3，厚さ：３００ｎｍ），ｐ−ＩｎＰクラッド
層１３(キャリア濃度：１×１０18cm-3，厚さ：３００
０ｎｍ)，ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１４（キャリア
濃度：２×１０19cm-3，厚さ：３００ｎｍ）を順次成長
し、ｐ型キャップ層１５，ｎ型キャップ層１６を蒸着
し、レーザ部，ビーム拡大部で劈開を行い、素子化を図
った。
【００２０】以下、本実施例の効果を説明する。従来の
選択成長法ではビーム拡大部にも７周期分の井戸層が形
成されるため、ビーム拡大部での光の閉じ込めが強く、
レーザの出射角度は１６度と大きく、ファイバーとの結
合損が大きかった。一方、ビーム拡大部を１周期にした
本実施例ではレーザの出射角度を９度にまで低減でき、
ファイバーとの結合損を４０％改善できた。
選択成長法ではビーム拡大部にも７周期分の井戸層が形
成されるため、ビーム拡大部での光の閉じ込めが強く、
レーザの出射角度は１６度と大きく、ファイバーとの結
合損が大きかった。一方、ビーム拡大部を１周期にした
本実施例ではレーザの出射角度を９度にまで低減でき、
ファイバーとの結合損を４０％改善できた。
【００２１】また、従来方法ではレーザの出射角度を狭
窄化するために周期数を低減する必要があったが、この
場合レーザ特性が急激に劣化する。例えば、周期数を４
に低減した場合、出射角度は１３度になるが、高温（８
５℃）での閾電流値は４割程増加する。一方、本実施例
ではビーム拡大部とレーザ部の周期数を独立に制御でき
るため、レーザ特性を損なうことなく出射角度を低減で
きる。
窄化するために周期数を低減する必要があったが、この
場合レーザ特性が急激に劣化する。例えば、周期数を４
に低減した場合、出射角度は１３度になるが、高温（８
５℃）での閾電流値は４割程増加する。一方、本実施例
ではビーム拡大部とレーザ部の周期数を独立に制御でき
るため、レーザ特性を損なうことなく出射角度を低減で
きる。
【００２２】また、別の従来方法である再成長を用いる
場合には、活性層をエッチング除去し、再成長するため
信頼性に問題があった。また、成長回数が増えるため歩
留まりが悪くなっていた。一方、本実施例では活性層の
エッチング，再成長を行わないことから、素子の寿命を
５割延ばし、歩留まりを２割増加することができた。ま
た、再成長界面での反射についても、本実施例では図１
（ｂ）に示すように膜厚が徐々に薄くなるため、反射も
発生しなかった。
場合には、活性層をエッチング除去し、再成長するため
信頼性に問題があった。また、成長回数が増えるため歩
留まりが悪くなっていた。一方、本実施例では活性層の
エッチング，再成長を行わないことから、素子の寿命を
５割延ばし、歩留まりを２割増加することができた。ま
た、再成長界面での反射についても、本実施例では図１
（ｂ）に示すように膜厚が徐々に薄くなるため、反射も
発生しなかった。
【００２３】なお、本実施例ではビーム拡大部の周期数
を２としたが、他の周期数でも作成可能であり、例えば
２の場合には出射角度を１０度に、０の場合には８度に
まで低減できた。また、ＣＨ3Ｃｌ 添加時のビーム拡大
部のエッチング量は１ｎｍとしたが、エッチング量が大
きすぎる場合（例えば、数１００ｎｍ以上）には表面モ
ホロジーが劣化するが、数１０ｎｍや０ｎｍ（エッチン
グと成長が平衡）なら他の値でもよい。
を２としたが、他の周期数でも作成可能であり、例えば
２の場合には出射角度を１０度に、０の場合には８度に
まで低減できた。また、ＣＨ3Ｃｌ 添加時のビーム拡大
部のエッチング量は１ｎｍとしたが、エッチング量が大
きすぎる場合（例えば、数１００ｎｍ以上）には表面モ
ホロジーが劣化するが、数１０ｎｍや０ｎｍ（エッチン
グと成長が平衡）なら他の値でもよい。
【００２４】（実施例２）図２は本発明を高出力半導体
レーザに適用した実施例の素子断面図と酸化膜のマスク
図である。有機金属気相成長法により、まずｎ−ＧａＡ
ｓ基板１７上にｎ−ＧａＡｓバッファ層１８(キャリア
濃度：１×１０18cm-3，厚さ：３００ｎｍ)，ｎ−Ｉｎ
ＧａＰクラッド層１９（キャリア濃度：１×１０18c
m-3，厚さ：2000ｎｍ，ＧａＡｓに格子整合）を成長し
た後、図２（ｂ）の選択成長用ＳｉＯ2 酸化膜２０（共
振器長：４００μｍ，活性層の領域長２１：３５０μ
ｍ，端面の領域長２２：２５μｍ，マスクの幅×長さ：
５０×３５０μｍ）をデポし、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイ
ド層２３（キャリア濃度：１×１０18cm-3，厚さ：５０
ｎｍ，ＧａＡｓに格子整合，波長：８００ｎｍ），Ｇａ
Ａｓ障壁層２３（厚さ：１０ｎｍ），ＣＨ3Ｃｌ添加の
ＩｎＧａＡｓ井戸層２５(レーザ部の厚さ：６ｎｍ，波
長９８０ｎｍ，歪量：１.０％ ，端面のエッチング量１
ｎｍ，レーザ部の周期数：２，端面領域の周期数：
０），ＩｎＧａＡｓＰガイド層２６（厚さ：５０ｎｍ，
ＧａＡｓに格子整合，波長：８００ｎｍ）を成長した
後、選択用マスクをエッチング除去し、ｐ−ＩｎＧａＰ
クラッド層２７（キャリア濃度：８×１０17cm-3，厚
さ：２０００ｎｍ，ＧａＡｓに格子整合），ｐ−ＧａＡ
ｓ２８（キャリア濃度：１×１０19cm-3，厚さ：２００
ｎｍ）を順次成長した後、ｐ側電極２９，ｎ側電極３０
の蒸着，劈開により、素子化を図った。
レーザに適用した実施例の素子断面図と酸化膜のマスク
図である。有機金属気相成長法により、まずｎ−ＧａＡ
ｓ基板１７上にｎ−ＧａＡｓバッファ層１８(キャリア
濃度：１×１０18cm-3，厚さ：３００ｎｍ)，ｎ−Ｉｎ
ＧａＰクラッド層１９（キャリア濃度：１×１０18c
m-3，厚さ：2000ｎｍ，ＧａＡｓに格子整合）を成長し
た後、図２（ｂ）の選択成長用ＳｉＯ2 酸化膜２０（共
振器長：４００μｍ，活性層の領域長２１：３５０μ
ｍ，端面の領域長２２：２５μｍ，マスクの幅×長さ：
５０×３５０μｍ）をデポし、ｎ−ＩｎＧａＡｓＰガイ
ド層２３（キャリア濃度：１×１０18cm-3，厚さ：５０
ｎｍ，ＧａＡｓに格子整合，波長：８００ｎｍ），Ｇａ
Ａｓ障壁層２３（厚さ：１０ｎｍ），ＣＨ3Ｃｌ添加の
ＩｎＧａＡｓ井戸層２５(レーザ部の厚さ：６ｎｍ，波
長９８０ｎｍ，歪量：１.０％ ，端面のエッチング量１
ｎｍ，レーザ部の周期数：２，端面領域の周期数：
０），ＩｎＧａＡｓＰガイド層２６（厚さ：５０ｎｍ，
ＧａＡｓに格子整合，波長：８００ｎｍ）を成長した
後、選択用マスクをエッチング除去し、ｐ−ＩｎＧａＰ
クラッド層２７（キャリア濃度：８×１０17cm-3，厚
さ：２０００ｎｍ，ＧａＡｓに格子整合），ｐ−ＧａＡ
ｓ２８（キャリア濃度：１×１０19cm-3，厚さ：２００
ｎｍ）を順次成長した後、ｐ側電極２９，ｎ側電極３０
の蒸着，劈開により、素子化を図った。
【００２５】以下、本発明の効果を説明する。従来の不
純物拡散による端面透明化技術では、不純物による欠陥
の発生やＩｎＧａＡｓ井戸層における光吸収が問題であ
った。一方、本発明ではＩｎＧａＡｓ層の成長はなく、
拡散等もないことから最大光出力を約４０％増加でき、
信頼性も３割延ばすことが可能となった。なお、本発明
では端面付近にマスクを設けなかったが、面積の小さい
マスクで成長速度がエッチング速度を超えなければマス
クを設けてもよい。
純物拡散による端面透明化技術では、不純物による欠陥
の発生やＩｎＧａＡｓ井戸層における光吸収が問題であ
った。一方、本発明ではＩｎＧａＡｓ層の成長はなく、
拡散等もないことから最大光出力を約４０％増加でき、
信頼性も３割延ばすことが可能となった。なお、本発明
では端面付近にマスクを設けなかったが、面積の小さい
マスクで成長速度がエッチング速度を超えなければマス
クを設けてもよい。
【００２６】（実施例３）図３（ａ），（ｂ）は本発明
を送受信用光モジュールに適用した時の概念図とレーザ
と導波路間の断面図の一例である。まず、実施例１と同
様の作成方法により上側ガイド層１１まで積層した後、
酸化膜を除去し、レーザ部であるｐ−ＩｎＰ１２，１
３，ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１４を形成した。この
時のマスク面積は、 受光部＞レーザ部＞導波路部 とし、受光部の発光波長を最も長くした。
を送受信用光モジュールに適用した時の概念図とレーザ
と導波路間の断面図の一例である。まず、実施例１と同
様の作成方法により上側ガイド層１１まで積層した後、
酸化膜を除去し、レーザ部であるｐ−ＩｎＰ１２，１
３，ｐ−ＩｎＧａＡｓキャップ層１４を形成した。この
時のマスク面積は、 受光部＞レーザ部＞導波路部 とし、受光部の発光波長を最も長くした。
【００２７】また、井戸層の組成としては受光部の組成
波長を長くするためＩｎＧａＡｓ層３０（波長１６７０
ｎｍ，ＩｎＰに格子整合）を用い、レーザ部の発光波長
を１５５０、もしくは１３００ｎｍにした。レーザ部，
受光部の周期数は６とし、導波路部は井戸層による損失
をなくすため周期数を０とし、下側，上側ガイド層７，
１１のみとした。次に導波路部のｐ−ＩｎＰ，ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓのみを選択エッチングにより上側ガイド層１１
までエッチングし、レーザ部と受光部にマスクをし、Ｆ
ｅドープＩｎＰあるいはアンドープＩｎＰ層３１を選択
成長し、電極１５，１６をレーザ部のみ、受光部のみに
選択的に蒸着し、素子化を図った。
波長を長くするためＩｎＧａＡｓ層３０（波長１６７０
ｎｍ，ＩｎＰに格子整合）を用い、レーザ部の発光波長
を１５５０、もしくは１３００ｎｍにした。レーザ部，
受光部の周期数は６とし、導波路部は井戸層による損失
をなくすため周期数を０とし、下側，上側ガイド層７，
１１のみとした。次に導波路部のｐ−ＩｎＰ，ｐ−Ｉｎ
ＧａＡｓのみを選択エッチングにより上側ガイド層１１
までエッチングし、レーザ部と受光部にマスクをし、Ｆ
ｅドープＩｎＰあるいはアンドープＩｎＰ層３１を選択
成長し、電極１５，１６をレーザ部のみ、受光部のみに
選択的に蒸着し、素子化を図った。
【００２８】従来、導波路とレーザ，導波路と受光部、
および導波路，レーザ，受光部の各素子間はレンズを用
いて結合していたため、小型化が困難であり、位置合わ
せに時間がかかっていた。一方、本発明では一括選択成
長により、約１／５のサイズに縮小でき、位置合わせの
時間を約１／３に短縮できた。
および導波路，レーザ，受光部の各素子間はレンズを用
いて結合していたため、小型化が困難であり、位置合わ
せに時間がかかっていた。一方、本発明では一括選択成
長により、約１／５のサイズに縮小でき、位置合わせの
時間を約１／３に短縮できた。
【００２９】なお、本実施例では井戸層の組成をＩｎＧ
ａＡｓとし、受光部の波長を1670nmにしたが、レーザよ
り長波長側にあれば受光可能であり、レーザ部が１３０
０nmの時にはＩｎＧａＡｓＰを用い１３５０ｎｍ以上、
望ましくは１４００ｎｍ以上であれば、ＩｎＧａＡｓＰ
井戸層でもよい。また、周期数についても本実施例では
レーザ部，受光部を６としたが、１から１５なら他の値
でもよい。さらに、作成方法において、エッチング後に
ＦｅあるいはアンドープＩｎＰ層３１を成長したが、酸
化膜によりｐ−ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ層１２，１３，１
４のみを選択成長してもよい。
ａＡｓとし、受光部の波長を1670nmにしたが、レーザよ
り長波長側にあれば受光可能であり、レーザ部が１３０
０nmの時にはＩｎＧａＡｓＰを用い１３５０ｎｍ以上、
望ましくは１４００ｎｍ以上であれば、ＩｎＧａＡｓＰ
井戸層でもよい。また、周期数についても本実施例では
レーザ部，受光部を６としたが、１から１５なら他の値
でもよい。さらに、作成方法において、エッチング後に
ＦｅあるいはアンドープＩｎＰ層３１を成長したが、酸
化膜によりｐ−ＩｎＰ，ＩｎＧａＡｓ層１２，１３，１
４のみを選択成長してもよい。
【００３０】上記実施例１，２，３において、塩素を含
む原料ガスにＣＨ3Ｃｌ を用いたが、他の塩素を含む原
料としてはＣ2Ｈ5Ｃｌ，ＨＣｌ，ＡｓＣｌ4，ＰＣｌ4等
があり、全て使用可能であるが、有機金属と中間生成物
を作る原料もあり、ＧａＡｓ成長時にはＣＨ3Ｃｌ ，Ｃ
2Ｈ5Ｃｌ，ＨＣｌなどが望ましく、ＩｎＰ成長時にはＣ
Ｈ3Ｃｌ ，Ｃ2Ｈ5Ｃｌ等が望ましい。また、本実施例の
選択成長用マスクには酸化膜としてＳｉＯ2 を用いた
が、窒化膜ＳｉＮでもよい。
む原料ガスにＣＨ3Ｃｌ を用いたが、他の塩素を含む原
料としてはＣ2Ｈ5Ｃｌ，ＨＣｌ，ＡｓＣｌ4，ＰＣｌ4等
があり、全て使用可能であるが、有機金属と中間生成物
を作る原料もあり、ＧａＡｓ成長時にはＣＨ3Ｃｌ ，Ｃ
2Ｈ5Ｃｌ，ＨＣｌなどが望ましく、ＩｎＰ成長時にはＣ
Ｈ3Ｃｌ ，Ｃ2Ｈ5Ｃｌ等が望ましい。また、本実施例の
選択成長用マスクには酸化膜としてＳｉＯ2 を用いた
が、窒化膜ＳｉＮでもよい。
【００３１】
【発明の効果】本発明により、レーザ部の井戸数を保存
しながらビーム拡大部や端面領域の井戸数を低減するこ
とができ、信頼性が高く、出射角の狭い集積化レーザや
高出力の半導体を提供することができる。
しながらビーム拡大部や端面領域の井戸数を低減するこ
とができ、信頼性が高く、出射角の狭い集積化レーザや
高出力の半導体を提供することができる。
【図１】本発明の実施例１の（ａ）素子の断面図，
（ｂ）活性層の断面図、（ｃ）用いたマスクの平面図。
（ｂ）活性層の断面図、（ｃ）用いたマスクの平面図。
【図２】本発明の実施例２の（ａ）素子の断面図，
（ｂ）用いたマスクの平面図。
（ｂ）用いたマスクの平面図。
【図３】本発明の実施例３の（ａ）送受信用光モジュー
ルの概念図、（ｂ）素子構造の断面図。
ルの概念図、（ｂ）素子構造の断面図。
【図４】本発明の原理を示すマスク幅と成長速度および
エッチング速度の関係を示すグラフ。
エッチング速度の関係を示すグラフ。
１…ｎ−ＩｎＰ基板、２…ｎ−ＩｎＰバッファ層、３…
選択成長用酸化膜、４…活性層、５…導波路部の長さ、
６…レーザ部の長さ、７…ｎ側ガイド層、８…障壁層、
９…量子井戸層、１０…Ｃｌ系原料添加時の量子井戸
層、１１…アンドープガイド層、１２…ｐ−ＩｎＰ層、
１３…ｐ−ＩｎＰ層、１４…ｐ−InGaAsキャップ層、１
５…ｐ側電極、１６…ｎ側電極、１７…ｎ−ＧａＡｓ基
板、１８…ｎ−ＧａＡｓバッファ層、１９…ｎ−ＩｎＧ
ａＰクラッド層、２０…選択成長用酸化膜、２１…端面
領域の長さ、２２…レーザ部の長さ、２３…下側ガイド
層、２４…障壁層、２５…量子井戸層、２６…上側ガイ
ド層、２７…ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層、２８…ｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層、２９…ｐ側電極、３０…ｎ側電極、
３１…ＦｅもしくはアンドープＩｎＰ層。
選択成長用酸化膜、４…活性層、５…導波路部の長さ、
６…レーザ部の長さ、７…ｎ側ガイド層、８…障壁層、
９…量子井戸層、１０…Ｃｌ系原料添加時の量子井戸
層、１１…アンドープガイド層、１２…ｐ−ＩｎＰ層、
１３…ｐ−ＩｎＰ層、１４…ｐ−InGaAsキャップ層、１
５…ｐ側電極、１６…ｎ側電極、１７…ｎ−ＧａＡｓ基
板、１８…ｎ−ＧａＡｓバッファ層、１９…ｎ−ＩｎＧ
ａＰクラッド層、２０…選択成長用酸化膜、２１…端面
領域の長さ、２２…レーザ部の長さ、２３…下側ガイド
層、２４…障壁層、２５…量子井戸層、２６…上側ガイ
ド層、２７…ｐ−ＩｎＧａＰクラッド層、２８…ｐ−Ｇ
ａＡｓキャップ層、２９…ｐ側電極、３０…ｎ側電極、
３１…ＦｅもしくはアンドープＩｎＰ層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 雅博 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 大家 彰 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (7)
- 【請求項１】同一基板上に空間的に周期数の異なる量子
井戸構造を有することを特徴とする半導体光素子。 - 【請求項２】請求項１に記載の量子井戸構造の形成方法
において、周期数の多い領域の近傍に酸化膜や窒化膜か
らなるマスクを基板表面に有し、有機金属気相成長法に
よる１回の選択成長で同一基板上に周期数の異なる量子
井戸構造を形成し、前記選択成長時に塩素を含む原料ガ
スを添加することを特徴とする半導体光素子の製造方
法。 - 【請求項３】請求項２に記載のマスクにおいて、周期数
の多い領域のマスク面積が周期数の少ない領域のマスク
面積より大きいことを特徴とする半導体光素子の製造方
法。 - 【請求項４】請求項１に記載の半導体光素子の周期数の
変化する遷移領域において、周期数の減少方向に伴い井
戸層膜厚が連続的に減少することを特徴とする半導体光
素子。 - 【請求項５】請求項４に記載の半導体光素子において、
周期数の少ない領域が光導波路や端面近傍であることを
特徴とする半導体光素子。 - 【請求項６】請求項２に記載の有機金属気相成長法にお
ける塩素を含む原料として、ＨＣｌ，ＣＨ3Ｃｌ ，Ｃ2
Ｈ5Ｃｌの少なくとも一者を用いることを特徴とする半
導体光素子の製造方法。 - 【請求項７】請求項５に記載の半導体光素子において、
導波路とレーザ、もしくは導波路と受光器、あるいはレ
ーザ，導波路，受光器が同一基板上に形成されているこ
とを特徴とする半導体集積化光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2292198A JPH11220217A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 半導体光素子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2292198A JPH11220217A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 半導体光素子とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11220217A true JPH11220217A (ja) | 1999-08-10 |
Family
ID=12096119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2292198A Pending JPH11220217A (ja) | 1998-02-04 | 1998-02-04 | 半導体光素子とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11220217A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014202619A1 (de) * | 2013-06-21 | 2014-12-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Kantenemittierender halbleiterlaser und verfahren zu seiner herstellung |
| JP2015053457A (ja) * | 2013-09-09 | 2015-03-19 | 日本電信電話株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
-
1998
- 1998-02-04 JP JP2292198A patent/JPH11220217A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014202619A1 (de) * | 2013-06-21 | 2014-12-24 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Kantenemittierender halbleiterlaser und verfahren zu seiner herstellung |
| US9812844B2 (en) | 2013-06-21 | 2017-11-07 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Edge-emitting semiconductor laser and method for the production thereof |
| DE102013211851B4 (de) | 2013-06-21 | 2018-12-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Kantenemittierender Halbleiterlaser und Verfahren zu seiner Herstellung |
| JP2015053457A (ja) * | 2013-09-09 | 2015-03-19 | 日本電信電話株式会社 | 光半導体装置の製造方法 |
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