JP2010093156A - Semiconductor optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、メサストライプ形状の積層構造体の両側を、埋込層で埋め込んだ半導体光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor optical device in which both sides of a mesa stripe-shaped laminated structure are embedded with embedded layers.
近年の情報トラフィックの増加に伴い、光伝送システムに用いられる光源の特性への要求がますます厳しくなっている。例えば、10Gb/sの高速伝送システムに用いられる半導体レーザ素子には、高速の直接変調のみならず、80〜90℃以上の高温で動作するアンクールド動作が求められる。このようなアンクールドでの高速動作を実現するために、寄生容量が低く、かつ高温でのリーク電流が少ないレーザ構造を採用することが好ましい。活性層を含むメサストライプ状の積層構造体の両側を、半絶縁性の半導体材料で埋め込んだ所謂「高抵抗埋込型半導体レーザ素子」は、寄生容量が小さいため、高速化に適している。 With the increase in information traffic in recent years, demands on the characteristics of light sources used in optical transmission systems have become increasingly severe. For example, a semiconductor laser element used in a 10 Gb / s high-speed transmission system is required to have an uncooled operation that operates at a high temperature of 80 to 90 ° C. as well as high-speed direct modulation. In order to realize such an uncooled high-speed operation, it is preferable to employ a laser structure with low parasitic capacitance and low leakage current at high temperature. A so-called “high resistance embedded semiconductor laser element” in which both sides of a mesa stripe-shaped stacked structure including an active layer are embedded with a semi-insulating semiconductor material has a small parasitic capacitance and is suitable for high speed operation.
高抵抗埋込型半導体レーザ素子は、寄生容量が小さいという利点を有するが、高温動作時や、大電流駆動時に、高抵抗埋込層へのリーク電流が増加する。リーク電流の増加により、光出力の低下等の素子特性の劣化が生じる。以下、リーク電流が増加する原因について説明する。 Although the high resistance buried type semiconductor laser device has an advantage that the parasitic capacitance is small, the leakage current to the high resistance buried layer increases at the time of high temperature operation or large current driving. Due to the increase in the leakage current, the device characteristics are deteriorated such as a decrease in light output. Hereinafter, the reason why the leakage current increases will be described.
p型InPクラッド層には、通常p型ドーパントとしてZnがドープされる。また、半絶縁性の埋込層には、FeドープのInPが用いられる。FeとZnとは相互拡散し易い性質があるため、半絶縁性の埋込層にZnが拡散し易い。半絶縁性の埋込層にZnが拡散すると、その抵抗率が低下し、埋込層へのリーク電流が増加する。 The p-type InP cladding layer is usually doped with Zn as a p-type dopant. Further, Fe-doped InP is used for the semi-insulating buried layer. Since Fe and Zn have a property of easily diffusing each other, Zn is easily diffused into the semi-insulating buried layer. When Zn diffuses into the semi-insulating buried layer, the resistivity decreases and the leakage current to the buried layer increases.
FeはInPのバンドギャップ中に深いアクセプタ準位を形成し、電子をトラップするが、正孔をトラップしない。p型半導体層から半絶縁性埋込層内に正孔が注入されると、埋込層内で正孔と電子とが再結合することにより、リーク電流が流れる。 Fe forms a deep acceptor level in the band gap of InP and traps electrons but does not trap holes. When holes are injected from the p-type semiconductor layer into the semi-insulating buried layer, a leak current flows due to recombination of holes and electrons in the buried layer.
活性層に、1.3μm帯のAlGaInAs系多重量子井戸構造を用いる場合には、多重量子井戸構造の障壁層には、組成波長1.0〜1.1μmのAlGaInAsが用いられる。組成波長1.0〜1.1μmのAlGaInAsの伝導帯下端は、InPの伝導帯下端とほぼ同じエネルギレベルである。このため、障壁層から埋込層へ電子がリークし易い。埋込層にリークした電子がリーク電流の原因になる。 When an AlGaInAs-based multiple quantum well structure of 1.3 μm band is used for the active layer, AlGaInAs having a composition wavelength of 1.0 to 1.1 μm is used for the barrier layer of the multiple quantum well structure. The lower end of the conduction band of AlGaInAs having a composition wavelength of 1.0 to 1.1 μm has substantially the same energy level as the lower end of the conduction band of InP. For this reason, electrons are likely to leak from the barrier layer to the buried layer. Electrons leaking into the buried layer cause a leakage current.
メサストライプ状の積層構造体と、埋込層との間に、Ruドープの高抵抗InGaAlAs層を挿入することにより、リーク電流の増加を抑制することができる(特許文献1)。RuとZnとは相互拡散しにくいため、Feドープ半絶縁性埋込層内への、Znの拡散が抑制される。 By inserting a Ru-doped high-resistance InGaAlAs layer between the mesa stripe-shaped stacked structure and the buried layer, an increase in leakage current can be suppressed (Patent Document 1). Since Ru and Zn hardly diffuse each other, the diffusion of Zn into the Fe-doped semi-insulating buried layer is suppressed.
メサストライプ状の積層構造体と、埋込層との間に、p型InP層と、InGaAlAsワイドバンドギャップ層とを挿入することにより、埋込層へのキャリアのリークを抑制することができる(特許文献2)。 By inserting a p-type InP layer and an InGaAlAs wide band gap layer between the mesa stripe-shaped stacked structure and the buried layer, carrier leakage to the buried layer can be suppressed ( Patent Document 2).
従来の技術では、高温動作時、または大電流駆動時におけるリーク電流の抑制が十分ではない。 In the prior art, the leakage current is not sufficiently suppressed during high-temperature operation or large current driving.
本発明の目的は、リーク電流の抑制に適した半導体光素子を提供することである。 An object of the present invention is to provide a semiconductor optical device suitable for suppressing leakage current.
上記課題を解決する半導体光素子は、
InPからなる基板の上に形成され、下部クラッド層、活性層、及び上部クラッド層がこの順番に積層されたメサストライプ形状の積層構造体と、
前記積層構造体の両側の前記基板の上に配置され、InPに格子整合し、In及びPを含む化合物半導体で形成された埋込層と、
前記積層構造体の側面と前記埋込層との間に配置され、III族元素としてAlを含み、V族元素としてPを含む化合物半導体からなる第1の被覆層と
を有する。
A semiconductor optical device that solves the above problems is as follows.
A mesa stripe-shaped laminated structure formed on a substrate made of InP, in which a lower clad layer, an active layer, and an upper clad layer are laminated in this order;
A buried layer that is disposed on the substrate on both sides of the stacked structure, is lattice-matched to InP, and is formed of a compound semiconductor containing In and P;
A first covering layer disposed between a side surface of the stacked structure and the buried layer and made of a compound semiconductor containing Al as a group III element and P as a group V element;
第1の被覆層を配置することにより、積層構造体から埋込層へのキャリアのリークを抑制することができる。 By disposing the first coating layer, carrier leakage from the stacked structure to the buried layer can be suppressed.
実施例を説明する前に、本願発明者が行った試作の結果について説明する。 Prior to describing the examples, the results of trial production performed by the present inventors will be described.
図7Aに、試作途中段階における半導体レーザ素子の断面図を示す。n型InPからなる基板100の上に、メサストライプ状の積層構造体105が形成されている。基板100の上面には、InPの(100)面が現れており、積層構造体105の延在する方向は[011]方向である。積層構造体105は、n型InPからなる下部クラッド層101、AlGaInAs系の化合物半導体からなる多重量子井戸構造の活性層102、及びp型InPからなる上部クラッド層103を含む。上部クラッド層103の上には、エッチング時にマスクとして用いた酸化シリコンからなるマスクパターン110が形成されている。
FIG. 7A shows a cross-sectional view of the semiconductor laser device in the middle of the trial manufacture. A mesa stripe stacked
マスクパターン110を選択成長用マスクとして、基板100の上面、及び積層構造体105の側面の上に、p型In0.52Al0.48Asからなる被覆層107を、基板100の上面において厚さが100nmになるように選択成長させた。In0.52Al0.48AsはInPに格子整合する。基板100の上面、及び積層構造体105の側面に形成された被覆層107の膜厚と組成とを、透過型電子顕微鏡によるエネルギ分散型X線分光法(TEM−EDX)で評価した。
Using the
積層構造体105の側面に形成された被覆層107の厚さは、基板100の上面に形成された被覆層107の厚さの1/10程度であった。また、積層構造体105の側面に形成された被覆層107のAl組成比は、0.48よりも小さかった。すなわち、側面上の被覆層107のバンドギャップは、基板の上面に形成されている被覆層107のバンドギャップよりも小さい。このため、リーク電流抑制の十分な効果が得られない。
The thickness of the
図7Bに示すように、側面上において、Al組成比が0.48になるように、被覆層107を選択成長させた。このとき、基板100の上面において、被覆層107がより厚くなり、かつAl組成比が0.48よりも大きくなった。Al組成比が0.48よりも大きいため、基板100の上面において、被覆層107は基板100に格子整合しない。格子整合しない被覆層107が厚く成長するため、結晶欠陥が発生しやすい。
As shown in FIG. 7B, the
基板100の上面において結晶欠陥を発生させることなく、かつ積層構造体105の側面上においてバンドギャップの大きなAl組成を有する被覆層107を形成することは困難であった。以下に説明する実施例では、この課題が解決されている。
It was difficult to form the
図1A〜図2Fを参照して、実施例1による半導体光素子及びその製造方法について説明する。 With reference to FIG. 1A-FIG. 2F, the semiconductor optical element by Example 1 and its manufacturing method are demonstrated.
図1Aに示すように、(100)面を主表面とするn型InPからなる半導体基板10の上に、n型InPからなる厚さ300nmの下部クラッド層11を、有機金属気相成長(MOVPE)により成長させる。なお、特に断らない限り、後の工程で行われる化合物半導体層の成長には、MOCVDが適用される。
As shown in FIG. 1A, on a
図1Bに示すように、下部クラッド層11の表面に、フォトリソグラフィとウェットエッチングとを用いて回折格子11Aを形成する。回折格子11Aは、[011]方向に周期性を持ち、その周期は200nmである。また、回折格子11Aを構成する凹凸の高低差は40nmである。
As shown in FIG. 1B, a diffraction grating 11A is formed on the surface of the
回折格子11Aが形成された下部クラッド層11の上に、活性層12を形成する。活性層12は、下部ガイド層12A、多重量子井戸構造12B、及び上部ガイド層12Cがこの順番に積層された積層構造を有する。下部ガイド層12A及び上部ガイド層12Cは、組成波長1.05μmのノンドープAlGaInAsで形成されている。下部ガイド層12Aの厚さは70nmであり、上部ガイド層12Cの厚さは50nmである。
An
多重量子井戸構造12Bは、交互に10周期分積層された障壁層と井戸層とを含む。障壁層は、組成波長1.05μmのノンドープAlGaInAsで形成されており、その各々の厚さは10nmである。井戸層は、ノンドープAlGaInAsで形成されており、その各々の厚さは5nmであり、フォトルミネッセンス(PL)波長が1.3μmになる構成とされている。 The multiple quantum well structure 12B includes barrier layers and well layers that are alternately stacked for 10 periods. The barrier layer is made of non-doped AlGaInAs having a composition wavelength of 1.05 μm, and the thickness of each is 10 nm. The well layer is made of non-doped AlGaInAs, each of which has a thickness of 5 nm and a photoluminescence (PL) wavelength of 1.3 μm.
図2A〜図2Fの断面図は、図1Bの一点鎖線2A−2Aにおける断面に対応する。すなわち、図2A〜図2Fの紙面に垂直な方向が、[011]方向に相当する。
2A to 2F correspond to the cross section taken along one-
図2Aに示すように、コンタクト層14の上に、[011]方向に延びる幅2μmのストライプ状のメサ用マスクパターン25を形成する。メサ用マスクパターン25には、例えば酸化シリコンが用いられる。
As shown in FIG. 2A, a striped
図2Bに示すように、メサ用マスクパターン25をエッチングマスクとして、コンタクト層14から半導体基板10の表層部までエッチングする。このエッチングには、ドライエッチングが用いられる。これにより、メサストライプ状の積層構造体20が形成される。積層構造体20の高さは3μmとする。積層構造体20は、下部クラッド層11、活性層12、上部クラッド層13、及びコンタクト層14を含むことになる。
As shown in FIG. 2B, etching is performed from the
図2Cに示すように、メサ用マスクパターン25を選択成長用のマスクとして、p型InAlPからなる被覆層22を、半導体基板10の上面の上、及び積層構造体20の側面の上に選択成長させる。成長温度は600℃とする。積層構造体20の側面において厚さが15nmになり、Al組成比が20%になるように、成長条件を設定する。この条件で成長させたところ、積層構造体20の側面の被覆層22に、歪緩和による結晶欠陥は生じなかった。また、半導体基板10の上面の被覆層22にも、結晶欠陥は生じなかった。
As shown in FIG. 2C, the
図2Dに示すように、被覆層22の上に、Feドープの半絶縁性InPからなる埋込層26を選択成長させる。なお、埋込層26の材料として、半導体基板10に格子整合し、In及びPを含む他の化合物半導体を用いてもよい。また、Feに代えて、埋込層26の抵抗率をノンドープのInPの抵抗率よりも高くする性質を持つドーパント、例えばRu、Ti、Co、Ni等をドープしてもよい。埋込層26の厚さは、約3μmとする。このため、埋込層26の上面は、コンタクト層14の上面とほぼ同じ高さになる。成長温度は600℃とする。埋込層26を形成した後、図2Eに示すように、メサ用マスクパターン25を除去する。
As shown in FIG. 2D, a buried
図2Fに示すように、コンタクト層14の上、及び埋込層26の上に、上部電極30を形成する。さらに、半導体基板10の背面に、下部電極31を形成する。上部電極30は、Au/Zn/Auの3層構造を有し、下部電極31は、AuGe/Auの2層構造を有する。半導体基板10をへき開し、端面コーティング等を行うことにより、半絶縁性埋込ヘテロ(SIBH)構造の分布帰還型(DFB)レーザ素子が得られる。
As shown in FIG. 2F, the upper electrode 30 is formed on the
図3Aに、InP、In0.8Al0.2P、及び組成波長1.05μmのAlGaInAsのエネルギバンド図を示す。InPが埋込層26に相当し、In0.8Al0.2Pが被覆層22に相当し、AlGaInAsが活性層12内の障壁層に相当する。参考のために、In0.8Al0.2PをIn0.8Ga0.2Pに置き換えた場合のエネルギバンド図を破線で示す。InP上のIn0.8Al0.2P層及びIn0.8Ga0.2P層は歪を含むことになるため、図3Aでは、歪によるエネルギシフトを考慮している。
FIG. 3A shows an energy band diagram of InP, In 0.8 Al 0.2 P, and AlGaInAs having a composition wavelength of 1.05 μm. InP corresponds to the buried
InPとAlGaInAsとの伝導帯下端は、ほぼ等しいエネルギレベルである。このため、InPとAlGaInAsとを直接接触させた場合、すなわち積層構造体20に埋込層26を直接接触させた場合には、活性層12内の障壁層から埋込層26へ、電子がリークしやすい。
The lower ends of the conduction bands of InP and AlGaInAs are substantially equal energy levels. Therefore, when InP and AlGaInAs are brought into direct contact, that is, when the buried
In0.8Al0.2Pの伝導帯下端のエネルギレベルは、InP及びAlGaInAsのいずれの伝導帯下端のエネルギレベルよりも高い。このため、被覆層22は、n型InPの下部クラッド層11からの電子の拡散、及び活性層12内の障壁層からの電子の拡散を抑制する。さらに、In0.8Al0.2Pの価電子帯上端のエネルギレベルは、InP及びAlGaInAsのいずれの価電子帯上端のエネルギレベルよりも低い。このため、被覆層22は、p型InPの上部クラッド層13からの正孔の拡散、及び活性層12内の障壁層からの正孔の拡散を抑制する。
The energy level at the lower end of the conduction band of In 0.8 Al 0.2 P is higher than the energy level at the lower end of the conduction band of InP and AlGaInAs. For this reason, the
Al組成とGa組成とが同一で、歪の大きさがほぼ等しくなるIn0.8Al0.2PとIn0.8Ga0.2Pとを比較すると、In0.8Al0.2Pの方が高いポテンシャル障壁を形成することがわかる。このため、リーク電流の抑制のためには、被覆層22に、InGaPよりもInAlPを用いる方が好ましい。このように、被覆層22に、III族元素としてIn及びAlを含み、V族元素としてPを含む化合物半導体を用いることが好ましい。なお、格子定数不整合のためにAlPの成長が困難である場合に、Inを含有させればよい。また、被覆層22を積層構造体20の側面に直接接触させることにより、電子及び正孔のリークを抑制する効果が高くなる。
When In 0.8 Al 0.2 P and In 0.8 Ga 0.2 P, which have the same Al composition and Ga composition and have almost the same magnitude of strain, are compared, In 0.8 Al 0.2 It can be seen that P forms a higher potential barrier. For this reason, in order to suppress the leakage current, it is preferable to use InAlP rather than InGaP for the
上記実施例1による半導体光素子の電流−光出力変換効率ηを、動作温度25℃及び85℃の条件で測定した。動作温度25℃及び85℃のときの変換効率を、それぞれη25及びη85とすると、η85/η25は約65%であった。これに対し、被覆層22を配置しない構造の半導体光素子のη85/η25は約55%であった。被覆層22を挿入することにより、高温動作時のリーク電流増大が抑制できていることが確認された。
The current-light output conversion efficiency η of the semiconductor optical device according to Example 1 was measured under the operating temperatures of 25 ° C. and 85 ° C. When the conversion efficiencies at the operating temperatures of 25 ° C. and 85 ° C. were η 25 and η 85 , respectively, η 85 / η 25 was about 65%. On the other hand, η 85 / η 25 of the semiconductor optical device having the structure in which the
InAlP被覆層22は、InPに格子整合しないため、被覆層22内には歪が内在する。被覆層22を厚くしすぎると、歪が緩和し、多数の結晶欠陥が発生してしまう。従って、被覆層22の厚さは、被覆層22内の歪が緩和することなく成長できる最大膜厚(臨界膜厚)以下にすることが好ましい。
Since the
図3Bに示すように、In0.8Al0.2Pに代えてIn0.6Al0.4Pを用いると、ポテンシャル障壁をより高くすることができる。ただし、Al組成比を大きくすると、InPとInAlPとの格子不整合の程度が大きくなる。このため、臨界膜厚が薄くなるとともに、ミスフィット転位等の結晶欠陥が発生しやすくなる。所望のポテンシャル障壁の高さ、及び許容される結晶欠陥の密度に応じて、被覆層22のAl組成比を設定することが好ましい。
As shown in FIG. 3B, when In 0.6 Al 0.4 P is used instead of In 0.8 Al 0.2 P, the potential barrier can be further increased. However, when the Al composition ratio is increased, the degree of lattice mismatch between InP and InAlP increases. For this reason, the critical film thickness becomes thin, and crystal defects such as misfit dislocations easily occur. It is preferable to set the Al composition ratio of the
実施例1では、図2Cに示した工程で、積層構造体20の側面における被覆層22の厚さが15nmになり、Al組成比が20%になる条件でInAlPを選択成長させた。この条件で成長させたとき、半導体基板10の上面においては、被覆層22が15nmよりも薄くなり、Al組成比が20%よりも小さくなった。
In Example 1, InAlP was selectively grown in the step shown in FIG. 2C under the conditions that the thickness of the
被覆層にInAlAsを用いた場合には、図7A及び図7Bに示したように、半導体基板100の上面において、被覆層107の膜厚が相対的に厚くなり、Al組成比が相対的に大きくなった。被覆層22にInAlPを用いた場合には、膜厚の大小関係、及びAl組成比の大小関係が全く逆になる。半導体基板10の上面においては、Al組成比が小さくなり、かつ膜厚が薄くなるため、結晶欠陥が生じにくくなる。従って、被覆層22にInAlPを用いると、被覆層22の全領域において結晶欠陥が生じにくくなる。
When InAlAs is used for the covering layer, as shown in FIGS. 7A and 7B, the film thickness of the
図4に、実施例2による半導体光素子の被覆層22のAl組成比を分布を示す。メサストライプ状の積層構造体20の側面に、InAlPからなる被覆層22が形成されている。側面上の被覆層22のAl組成比は、積層構造体20から遠ざかる向きに低下している。
FIG. 4 shows the distribution of the Al composition ratio of the
積層構造体20に接する部分のAl組成比を相対的に大きくすることにより、活性層12内の障壁層と被覆層22との界面のポテンシャル障壁を高くすることができる。また、積層構造体20から遠ざかる向きにAl組成比を低下させることにより、被覆層22内の歪を小さくし、結晶欠陥の発生を抑制することができる。
The potential barrier at the interface between the barrier layer in the
図5A〜図6Fを参照して、実施例3による半導体光素子及びその製造方法について説明する。 With reference to FIG. 5A-FIG. 6F, the semiconductor optical element by Example 3 and its manufacturing method are demonstrated.
図5Aに示すように、(100)面を主表面とするn型InPからなる半導体基板50の上に、n型InPからなる厚さ300nmの下部クラッド層51を、MOCVDにより成長させる。なお、特に断らない限り、後の工程で行われる化合物半導体層の成長には、MOCVDが適用される。
As shown in FIG. 5A, on the
下部クラッド層51の上に、組成波長1.15μmのn型InGaAsPからなる厚さ60nmの回折格子形成層52を形成する。
On the lower
図5Bに示すように、フォトリソグラフィとドライエッチングとを用いて回折格子形成層52を貫通する深さ80nmの溝を形成する。回折格子形成層52の残った部分が、回折格子52Aとなる。回折格子52Aは、[011]方向に周期性を持ち、その周期は200nmである。
As shown in FIG. 5B, a groove having a depth of 80 nm that penetrates the diffraction grating formation layer 52 is formed by photolithography and dry etching. The remaining portion of the diffraction grating forming layer 52 becomes the
図5Cに示すように、回折格子52Aを埋め込むように、下部クラッド層51の上にn型InPからなるスペーサ層53を形成する。スペーサ層53の表面は平坦になる。スペーサ層53の上に、活性層54を形成する。活性層54は、下部ガイド層54A、多重量子井戸構造54B、及び上部ガイド層54Cを含む。図1Bに示した実施例1では、下部ガイド層12Aの厚さを70nmとしたが、実施例3では、下地表面が平坦になっているため、下部ガイド層54Aの厚さを50nmにする。その他の構成は、実施例1の活性層12と同一である。
As shown in FIG. 5C, a
活性層54の上に、p型InPからなる厚さ200nmの上部クラッド層55を形成する。
An
図6A〜図6Fの断面図は、図5Cの一点鎖線6A−6Aにおける断面に対応する。すなわち、図6A〜図6Fの紙面に垂直な方向が、[011]方向に相当する。
The cross-sectional views in FIGS. 6A to 6F correspond to the cross section taken along the alternate long and
図6Aに示すように、上部クラッド層55の上に、[011]方向に延びる幅2μmのストライプ状のメサ用マスクパターン58を形成する。メサ用マスクパターン58には、例えば酸化シリコンが用いられる。
As shown in FIG. 6A, a striped
図6Bに示すように、メサ用マスクパターン58をエッチングマスクとして、上部クラッド層55から下部クラッド層51の表層部までドライエッチングすることにより、メサストライプ状の積層構造体60を形成する。エッチングの深さは、例えば1.5μmとする。積層構造体60は、下部クラッド層51、活性層54、及び上部クラッド層55を含む。
As shown in FIG. 6B, by using the
図6Cに示すように、メサ用マスクパターン58を選択成長用のマスクとして、下部クラッド層51の上面、及び積層構造体60の側面に、Ruドープの半絶縁性InAlPを選択成長させることにより、被覆層62を形成する。被覆層62の上に、Feドープの半絶縁性InPを選択成長させることにより第1の埋込層63を形成する。第1の埋込層63の厚さは、例えば1μmとする。 第1の埋込層63の上に、n型InPを選択成長させることにより、第2の埋込層64を形成する。第2の埋込層64の厚さは、例えば0.4μmとする。被覆層62、第1の埋込層63及び第2の埋込層64の成長温度は、例えば600℃とする。
As shown in FIG. 6C, by using the
被覆層62は、積層構造体60の側面において厚さが30nmになり、積層構造体60から遠ざかる向きにAl組成比が30%から0%まで低下する条件で成長させる。Al組成比をこのように変化させると、実施例2の場合と同様に、被覆層62内で歪緩和を生じさせることなく、ポテンシャル障壁を高くすることができる。図6Dに示すように、メサ用マスクパターン58を除去することにより、上部クラッド層55を露出させる。
The
図6Eに示すように、上部クラッド層55及び第2の埋込層64の上に、p型InPからなる厚さ3μmの上部クラッド層70を形成する。さらに、上部クラッド層70の上に、p型InGaAsからなるコンタクト層71を形成する。
As shown in FIG. 6E, an
図6Fに示すように、コンタクト層71の上に上部電極75を形成する。半導体基板50の背面に、下部電極76を形成する。半導体基板50をへき開し、端面コーティング等を行うことにより、半絶縁性平坦化埋込ヘテロ(SIPBH)構造のDFBレーザ素子が得られる。実施例1の場合と同様に、被覆層62を挿入することにより、リーク電流の増加を抑制することが可能である。
As shown in FIG. 6F, the upper electrode 75 is formed on the
実施例3によるDFBレーザ素子の電流−光出力変換効率ηの温度特性を測定したところ、η85/η25は約70%であった。被覆層62が挿入されていない構造のDFBレーザ素子のη85/η25は55%であった。このように、被覆層62を挿入することによるリーク電流増加抑制の効果が確認された。
When the temperature characteristic of the current-light output conversion efficiency η of the DFB laser device according to Example 3 was measured, η 85 / η 25 was about 70%. Η 85 / η 25 of the DFB laser element having the structure in which the
上記実施例1〜3では、活性層にAlGaInAs系の多重量子井戸構造を採用した、活性層には、その他に、InP基板に格子整合する他の材料、例えばInGaAsP系、GaInNAs系化合物半導体のバルク構造、多重量子井戸構造等を採用してもよい。 In the first to third embodiments, the active layer employs an AlGaInAs-based multiple quantum well structure. The active layer includes other materials that are lattice-matched to the InP substrate, such as InGaAsP-based and GaInNAs-based compound semiconductor bulks. A structure, a multiple quantum well structure, or the like may be adopted.
上記実施例1〜3では、メサストライプ状の積層構造体の長手方向と[011]方向とを平行にしたが、[011]方向から傾けた斜めメサ構造を採用してもよい。斜めメサ構造を採用すると、へき開面に対して導波方向が斜めに配置される。 In the first to third embodiments, the longitudinal direction of the mesa stripe laminated structure and the [011] direction are made parallel, but an oblique mesa structure inclined from the [011] direction may be adopted. When the oblique mesa structure is employed, the waveguide direction is disposed obliquely with respect to the cleavage plane.
上記実施例1〜3では、メサストライプ状の積層構造体20、60に被覆層22、62を接触させたが、両者の間にp型InP層を挿入してもよい。
In the first to third embodiments, the covering layers 22 and 62 are brought into contact with the mesa stripe-shaped
上記実施例1〜3では、被覆層22、62をDFBレーザ素子に適用したが、他の半導体光素子に適用することも可能である。例えば、半導体光増幅器(SOA)に適用してもよい。また、半導体レーザ素子と光変調器とを同一基板上に集積した光集積素子、SOAと光変調器とを同一基板上に集積した光集積素子等に適用することも可能である。 In the first to third embodiments, the coating layers 22 and 62 are applied to the DFB laser element, but may be applied to other semiconductor optical elements. For example, the present invention may be applied to a semiconductor optical amplifier (SOA). Further, the present invention can be applied to an optical integrated element in which a semiconductor laser element and an optical modulator are integrated on the same substrate, an optical integrated element in which an SOA and an optical modulator are integrated on the same substrate, and the like.
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
10 半導体基板
11 下部クラッド層
11A 回折格子
12 活性層
12A 下部ガイド層
12B 多重量子井戸構造
12C 上部ガイド層
13 上部クラッド層
14 コンタクト層
20 メサストライプ状積層構造体
22 被覆層
25 メサ用マスクパターン
26 埋込層
50 半導体基板
51 下部クラッド層
52 回折格子形成層
52A 回折格子
53 スペーサ層
54 活性層
54A 下部ガイド層
54B 量子井戸構造
54C 上部ガイド層
55 上部クラッド層
58 メサ用マスクパターン
60 メサストライプ状積層構造体
62 被覆層
63 第1の埋込層
64 第2の埋込層
70 上部クラッド層
71 コンタクト層
75 上部電極
76 下部電極
100 基板
101 下部クラッド層
102 活性層
103 上部クラッド層
105 メサストライプ状積層構造体
107 被覆層
110 マスクパターン
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記積層構造体の両側の前記基板の上に配置され、InPに格子整合し、In及びPを含む化合物半導体で形成された埋込層と、
前記積層構造体の側面と前記埋込層との間に配置され、III族元素としてAlを含み、V族元素としてPを含む化合物半導体からなる第1の被覆層と
を有する半導体光素子。 A mesa stripe-shaped laminated structure formed on a substrate made of InP, in which a lower clad layer, an active layer, and an upper clad layer are laminated in this order;
A buried layer that is disposed on the substrate on both sides of the stacked structure, is lattice-matched to InP, and is formed of a compound semiconductor containing In and P;
A semiconductor optical device having a first covering layer disposed between a side surface of the multilayer structure and the buried layer and made of a compound semiconductor containing Al as a group III element and P as a group V element.
前記第1の被覆層及び第2の被覆層は、InPに格子整合しない組成の化合物半導体で形成され、該第1の被覆層及び第2の被覆層は、内在する歪が緩和しない厚さとされている請求項1または2に記載の半導体光素子。 Further, a second coating layer that covers the upper surface of the substrate on both sides of the multilayer structure, is continuous with the first coating layer, includes Al as a group III element, and includes P as a group V element. Have
The first coating layer and the second coating layer are formed of a compound semiconductor having a composition that does not lattice match with InP, and the first coating layer and the second coating layer have a thickness that does not relax the inherent strain. The semiconductor optical device according to claim 1 or 2.
Priority Applications (1)
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JP2008263544A JP2010093156A (en) | 2008-10-10 | 2008-10-10 | Semiconductor optical element |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016184611A (en) * | 2015-03-25 | 2016-10-20 | Nttエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor laser |
JP2017188558A (en) * | 2016-04-05 | 2017-10-12 | 日本電信電話株式会社 | Semiconductor optical element |
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2008
- 2008-10-10 JP JP2008263544A patent/JP2010093156A/en not_active Withdrawn
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