JP2871295B2 - 面型光半導体素子 - Google Patents
面型光半導体素子Info
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- JP2871295B2 JP2871295B2 JP14016492A JP14016492A JP2871295B2 JP 2871295 B2 JP2871295 B2 JP 2871295B2 JP 14016492 A JP14016492 A JP 14016492A JP 14016492 A JP14016492 A JP 14016492A JP 2871295 B2 JP2871295 B2 JP 2871295B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は機器間の光インターコネ
クションなどに使われる半導体面型光素子に関する。
クションなどに使われる半導体面型光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】面型光素子とは、半導体基板に対して垂
直な方向に光を出す素子であり、垂直共振器型の面発光
レーザ（ＶＣＳＥＬＤ）や、半導体多層膜から成る分布
反射鏡（ＤＢＲ）の間にｐｎｐｎ構造を形成した垂直共
振器型面入出力光電融合素子（ＶＣ−ＶＳＴＥＰ）など
を指す。面型光素子では基板に垂直な方向に光が取り出
せ、素子サイズ自体も小型にできるということから、面
型光素子の特徴は２次元集積化が可能になるという点に
ある。ＶＣＳＥＬＤやＶＣ−ＶＳＴＥＰの材料系として
は主としてＧａＡｓ系が用いられているが、ＩｎＰ系で
のＶＣＳＥＬＤも試作され始めている。
直な方向に光を出す素子であり、垂直共振器型の面発光
レーザ（ＶＣＳＥＬＤ）や、半導体多層膜から成る分布
反射鏡（ＤＢＲ）の間にｐｎｐｎ構造を形成した垂直共
振器型面入出力光電融合素子（ＶＣ−ＶＳＴＥＰ）など
を指す。面型光素子では基板に垂直な方向に光が取り出
せ、素子サイズ自体も小型にできるということから、面
型光素子の特徴は２次元集積化が可能になるという点に
ある。ＶＣＳＥＬＤやＶＣ−ＶＳＴＥＰの材料系として
は主としてＧａＡｓ系が用いられているが、ＩｎＰ系で
のＶＣＳＥＬＤも試作され始めている。
【０００３】図３はＩｎＰ系で作ったＶＣＳＥＬＤの素
子構造を示してある。光スイッチング研究会（ＰＳＴ９
１−１２，１９９１年）に報告されているものである。
材料系にＩｎＰ系を用いると、光通信用光源として重要
な１μｍの波長帯域がこれによってカバーできることに
なるので各所で関心が持たれている。
子構造を示してある。光スイッチング研究会（ＰＳＴ９
１−１２，１９９１年）に報告されているものである。
材料系にＩｎＰ系を用いると、光通信用光源として重要
な１μｍの波長帯域がこれによってカバーできることに
なるので各所で関心が持たれている。
【０００４】図３において、３１は基板のｎ−ＩｎＰ，
３２はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ−ＤＢＲで周期数は
３０．５対である。３３はｎ−ＩｎＰでクラッド層、３
４はｐ−ＩｎＧａＡｓＰで活性層、３５はｐ−ＩｎＰで
クラッド層、３６はｐ−ＩｎＧａＡｓＰでコンタクト
層、３７はα−Ｓｉ／ＳｉＯ2 多層膜でｐ側の反射鏡と
して働く。３８，３９はそれぞれｐ電極、ｎ電極であ
る。４０，４１はそれぞれｐ−ＩｎＰ，ｎ−ＩｎＰでこ
の部分に流れる電流を阻止する役目を果たす。
３２はｎ−ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ−ＤＢＲで周期数は
３０．５対である。３３はｎ−ＩｎＰでクラッド層、３
４はｐ−ＩｎＧａＡｓＰで活性層、３５はｐ−ＩｎＰで
クラッド層、３６はｐ−ＩｎＧａＡｓＰでコンタクト
層、３７はα−Ｓｉ／ＳｉＯ2 多層膜でｐ側の反射鏡と
して働く。３８，３９はそれぞれｐ電極、ｎ電極であ
る。４０，４１はそれぞれｐ−ＩｎＰ，ｎ−ＩｎＰでこ
の部分に流れる電流を阻止する役目を果たす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のＩｎＰ系面型光
素子の問題点は、９９．９％といった高い反射率を有し
たＤＢＲを作製するのが難しいという点にあった。そし
て、その理由はＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系ではＩｎＰと
ＩｎＧａＡｓＰの間の屈折率差が小さいことにあった。
もちろんＤＢＲの層数を増やせば反射率を上げることが
可能であるが、厚みも増えるので、成長に時間がかか
り、プロセスも段差がついて難しくなる。
素子の問題点は、９９．９％といった高い反射率を有し
たＤＢＲを作製するのが難しいという点にあった。そし
て、その理由はＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系ではＩｎＰと
ＩｎＧａＡｓＰの間の屈折率差が小さいことにあった。
もちろんＤＢＲの層数を増やせば反射率を上げることが
可能であるが、厚みも増えるので、成長に時間がかか
り、プロセスも段差がついて難しくなる。
【０００６】例えばＧａＡｓ系では１５−２０対で十分
な反射率が実現できるのに対して、ＩｎＰ系では４０対
前後の半導体多層膜が必要となる。また１μｍ帯のＩｎ
Ｐ系では０．８μｍ帯のＧａＡｓ系に比べて１層当りの
膜厚（λ／４波長）が厚くなるので、その分でも厚みが
余計いることになる。ＩｎＰ系ＶＣＳＥＬＤでは現状で
はＧａＡｓ系に比べて性能が良くなく、７７Ｋでは連続
発振（閾値電流は６ｍＡ）が実現されているが、室温で
はパルス発振（閾値電流は１５０ｍＡ）にとどまってい
る。これはＧａＡｓ層や、ＧａＡｓ層にＩｎを少し添加
したＩｎＧａＡｓ層を活性層に持つ短波系ＶＣＳＥＬＤ
で１ｍＡ程度の閾値電流で室温連続発振が実現されてい
るにの比べると大幅に遅れていると言える。
な反射率が実現できるのに対して、ＩｎＰ系では４０対
前後の半導体多層膜が必要となる。また１μｍ帯のＩｎ
Ｐ系では０．８μｍ帯のＧａＡｓ系に比べて１層当りの
膜厚（λ／４波長）が厚くなるので、その分でも厚みが
余計いることになる。ＩｎＰ系ＶＣＳＥＬＤでは現状で
はＧａＡｓ系に比べて性能が良くなく、７７Ｋでは連続
発振（閾値電流は６ｍＡ）が実現されているが、室温で
はパルス発振（閾値電流は１５０ｍＡ）にとどまってい
る。これはＧａＡｓ層や、ＧａＡｓ層にＩｎを少し添加
したＩｎＧａＡｓ層を活性層に持つ短波系ＶＣＳＥＬＤ
で１ｍＡ程度の閾値電流で室温連続発振が実現されてい
るにの比べると大幅に遅れていると言える。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はＤＢＲの層数が
増大し、成長やプロセスが難しくなるといった従来の１
μｍ帯の面型光半導体素子の問題を解決しようとするも
のである。本発明になる面型光半導体素子は、ＧａＡｓ
又はＡｌＧａＡｓ基板の上にＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０＜
ｘ＜１）とＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ（０＜ｙ＜１）を交互に
積層した半導体分布反射鏡が成長され、その上にＩｎＰ
バッファー層とＩｎz Ｇａ1-z Ａｓw Ｐ1-w 活性層（０
＜ｚ，ｗ＜１）を含む中間層が成長され、さらにその上
に多層膜反射鏡が形成されている面型光半導体素子にお
いて、前記半導体分布反射鏡を成長した後、その上に誘
電体膜を形成し、一部を開口してそこに選択的に前記Ｉ
ｎＰバッファー層と前記中間層を成長してあることを特
徴とする。
増大し、成長やプロセスが難しくなるといった従来の１
μｍ帯の面型光半導体素子の問題を解決しようとするも
のである。本発明になる面型光半導体素子は、ＧａＡｓ
又はＡｌＧａＡｓ基板の上にＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０＜
ｘ＜１）とＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ（０＜ｙ＜１）を交互に
積層した半導体分布反射鏡が成長され、その上にＩｎＰ
バッファー層とＩｎz Ｇａ1-z Ａｓw Ｐ1-w 活性層（０
＜ｚ，ｗ＜１）を含む中間層が成長され、さらにその上
に多層膜反射鏡が形成されている面型光半導体素子にお
いて、前記半導体分布反射鏡を成長した後、その上に誘
電体膜を形成し、一部を開口してそこに選択的に前記Ｉ
ｎＰバッファー層と前記中間層を成長してあることを特
徴とする。
【０００８】
【作用】基板側のＤＢＲをＧａＡｓ系で作製した構造と
するので１μｍ帯の波長に対して屈折率差を大きくとれ
る。それによってＩｎＰ系でＤＢＲを作製した時と比べ
て高反射率を得るのに必要な層数を減らすことができ
る。しかしながらＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ／Ａｌy Ｇａ1-y
Ａｓ−ＤＢＲの上にＩｎＰ層を成長させることは一般的
に容易ではない。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系とＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＰ系とでは格子不整合の問題があるので転
位が発生し、鏡面状の表面を得ることは難しいからであ
る。
するので１μｍ帯の波長に対して屈折率差を大きくとれ
る。それによってＩｎＰ系でＤＢＲを作製した時と比べ
て高反射率を得るのに必要な層数を減らすことができ
る。しかしながらＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ／Ａｌy Ｇａ1-y
Ａｓ−ＤＢＲの上にＩｎＰ層を成長させることは一般的
に容易ではない。ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系とＩｎＧａ
ＡｓＰ／ＩｎＰ系とでは格子不整合の問題があるので転
位が発生し、鏡面状の表面を得ることは難しいからであ
る。
【０００９】本発明ではＡｌx Ｇａ1-x Ａｓ／Ａｌy Ｇ
ａ1-y Ａｓ−ＤＢＲを成長した後、その上に誘電体膜を
形成し、一部を開口してそこに選択的にＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系から成る中間層を成長する。このようにして
選択的に成長させると転位は初期的には発生するもの
の、選択成長層の側壁に達するとそこで止まる。そし
て、それ以上、上への進行が抑えられる。選択成長層の
側壁に達すると転位がそこで止まる理由は、歪が逃がせ
られるからである。
ａ1-y Ａｓ−ＤＢＲを成長した後、その上に誘電体膜を
形成し、一部を開口してそこに選択的にＩｎＧａＡｓＰ
／ＩｎＰ系から成る中間層を成長する。このようにして
選択的に成長させると転位は初期的には発生するもの
の、選択成長層の側壁に達するとそこで止まる。そし
て、それ以上、上への進行が抑えられる。選択成長層の
側壁に達すると転位がそこで止まる理由は、歪が逃がせ
られるからである。
【００１０】
【実施例】図１は本発明に関わる一実施例である。同図
において１０１はｎ−ＧａＡｓ、１０２はλ／４厚のｎ
−ＡｌＡｓ（Ｓｉドープ、ドーピング濃度Ｎ＝２ｘ１０
18ｃｍ-3）１１４、ｎ−ＧａＡｓ（Ｓｉドープ、Ｎ＝２
ｘ１０18ｃｍ-3）１１３が交互に積層されて形成された
ｎ型ＤＢＲである。λはＩｎＧａＡｓ活性層１０６によ
る発振（波長１．５μｍ）に対応するＡｌＡｓ（または
ＧａＡｓ）内のの波長を表す。周期数は２４．５であり
これで９９．９％の反射率が実現できる。
において１０１はｎ−ＧａＡｓ、１０２はλ／４厚のｎ
−ＡｌＡｓ（Ｓｉドープ、ドーピング濃度Ｎ＝２ｘ１０
18ｃｍ-3）１１４、ｎ−ＧａＡｓ（Ｓｉドープ、Ｎ＝２
ｘ１０18ｃｍ-3）１１３が交互に積層されて形成された
ｎ型ＤＢＲである。λはＩｎＧａＡｓ活性層１０６によ
る発振（波長１．５μｍ）に対応するＡｌＡｓ（または
ＧａＡｓ）内のの波長を表す。周期数は２４．５であり
これで９９．９％の反射率が実現できる。
【００１１】１０３はｎ−ＩｎＰバッファー層（Ｎ＝２
ｘ１０18ｃｍ-3、層厚２．５μｍ）で、この部分は５０
０℃で成長してある。成長にはＭＯＣＶＤ法を用いてい
るが、ここ以外は６５０℃で成長した。
ｘ１０18ｃｍ-3、層厚２．５μｍ）で、この部分は５０
０℃で成長してある。成長にはＭＯＣＶＤ法を用いてい
るが、ここ以外は６５０℃で成長した。
【００１２】ｎ−ＩｎＰバッファー層１０３の成長はｎ
型ＤＢＲ１０２の上にＳｉＯ2 からなる誘電体膜１２０
の開口部１２１に選択的に成長させた。開口部１２１の
形状は円形でその直径は２．５μｍである。また、誘電
体膜１２０は厚さ１０００Ａで熱ＣＶＤ法で形成した。
型ＤＢＲ１０２の上にＳｉＯ2 からなる誘電体膜１２０
の開口部１２１に選択的に成長させた。開口部１２１の
形状は円形でその直径は２．５μｍである。また、誘電
体膜１２０は厚さ１０００Ａで熱ＣＶＤ法で形成した。
【００１３】ｎ−ＩｎＰバッファー層１０３を５００℃
と比較的低温で成長した理由を以下に説明する。ＩｎＰ
バッファー層を６００〜７００℃といった通常の温度で
ＧａＡｓ系半導体の上に成長させると大きな島状にＩｎ
Ｐの成長が進行してしまい表面が凹凸してしまう。それ
に対して５５０℃以下といった低温でＩｎＰバッファー
層を成長させると島の大きさが小さくなり、短時間に島
同志が一緒になって成長表面が平坦になってしまう。そ
して、この様なＩｎＰバッファー層を間に入れることに
よってＩｎＰ系半導体を格子定数の異なるＧａＡｓ系半
導体の上に鏡面状に成長させることができる。
と比較的低温で成長した理由を以下に説明する。ＩｎＰ
バッファー層を６００〜７００℃といった通常の温度で
ＧａＡｓ系半導体の上に成長させると大きな島状にＩｎ
Ｐの成長が進行してしまい表面が凹凸してしまう。それ
に対して５５０℃以下といった低温でＩｎＰバッファー
層を成長させると島の大きさが小さくなり、短時間に島
同志が一緒になって成長表面が平坦になってしまう。そ
して、この様なＩｎＰバッファー層を間に入れることに
よってＩｎＰ系半導体を格子定数の異なるＧａＡｓ系半
導体の上に鏡面状に成長させることができる。
【００１４】１０４はｎ−ＩｎＰ（Ｓｉドープ、Ｎ＝２
ｘ１０18ｃｍ-3、層厚５００Ａ）である。ＩｎＧａＡｓ
活性層１０６の層厚は１００Ａで、アンドープである。
１０５，１０７はそれぞれｎ−ＩｎＧａＡｓＰ，ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰであり、両方とも層厚はδであり、ドーピ
ング濃度は２ｘ１０18ｃｍ-3（１０５はＳｉドープ、１
０７はＺｎドープ）である。ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ１０
５，ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ１０７は組成を放物線状に変化
させてあり、活性層１０６に接する側のバンドギャップ
波長は１．３μｍ、反対側のバンドギッップ波長はＩｎ
Ｐと同じにしてある。１０８はｎ−ＩｎＰ（Ｚｎドー
プ、Ｎ＝２ｘ１０18ｃｍ-3、層厚５０００Ａ）である。
１０９は厚さ１０００Ａのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンド
ギャップ波長は１．３μｍ、Ｚｎドープ、Ｎ＝２ｘ１０
18ｃｍ-3）であり、コンタクト層として働く。ｎ−Ｉｎ
Ｐバッファー層１０３から一番上のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
１０９までの層厚は７λ（λは発振波長、約１．５μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系中間層内での波長）であ
る。
ｘ１０18ｃｍ-3、層厚５００Ａ）である。ＩｎＧａＡｓ
活性層１０６の層厚は１００Ａで、アンドープである。
１０５，１０７はそれぞれｎ−ＩｎＧａＡｓＰ，ｐ−Ｉ
ｎＧａＡｓＰであり、両方とも層厚はδであり、ドーピ
ング濃度は２ｘ１０18ｃｍ-3（１０５はＳｉドープ、１
０７はＺｎドープ）である。ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ１０
５，ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ１０７は組成を放物線状に変化
させてあり、活性層１０６に接する側のバンドギャップ
波長は１．３μｍ、反対側のバンドギッップ波長はＩｎ
Ｐと同じにしてある。１０８はｎ−ＩｎＰ（Ｚｎドー
プ、Ｎ＝２ｘ１０18ｃｍ-3、層厚５０００Ａ）である。
１０９は厚さ１０００Ａのｐ−ＩｎＧａＡｓＰ（バンド
ギャップ波長は１．３μｍ、Ｚｎドープ、Ｎ＝２ｘ１０
18ｃｍ-3）であり、コンタクト層として働く。ｎ−Ｉｎ
Ｐバッファー層１０３から一番上のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ
１０９までの層厚は７λ（λは発振波長、約１．５μｍ
のＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系中間層内での波長）であ
る。
【００１５】図２は図１のウェハーを用いて作製したメ
サ径が１０μｍのＶＣＳＥＬＤの断面図である。１１１
５はｐ型ＤＢＲで、λ／４厚のα−Ｓｉ１１６とＳｉＯ
2 １１７が３周期、繰り返して積層され形成されてい
る。１１０はＣｒ／Ａｕ、１１１はｎ−ＧａＡｓ１１３
の上に形成されたＡｕＧｅ−Ｎｉ／Ａｕであり、それぞ
れｐ型、ｎ型の電極となる。光出力は基板側から得られ
る。発振閾値電流は約１００μＡであった。ｎ型ＤＢＲ
１０２の周期数は２４．５で９９．９％の反射率が実現
されているが、ＩｎＰ系で同じ反射率を得ようとすると
４０周期は必要であるので、成長層厚を薄くできる。図
２では素子の全体の高さは５μｍ程度に抑えることがで
きた。
サ径が１０μｍのＶＣＳＥＬＤの断面図である。１１１
５はｐ型ＤＢＲで、λ／４厚のα−Ｓｉ１１６とＳｉＯ
2 １１７が３周期、繰り返して積層され形成されてい
る。１１０はＣｒ／Ａｕ、１１１はｎ−ＧａＡｓ１１３
の上に形成されたＡｕＧｅ−Ｎｉ／Ａｕであり、それぞ
れｐ型、ｎ型の電極となる。光出力は基板側から得られ
る。発振閾値電流は約１００μＡであった。ｎ型ＤＢＲ
１０２の周期数は２４．５で９９．９％の反射率が実現
されているが、ＩｎＰ系で同じ反射率を得ようとすると
４０周期は必要であるので、成長層厚を薄くできる。図
２では素子の全体の高さは５μｍ程度に抑えることがで
きた。
【００１６】
【発明の効果】本発明によればの光通信用光源として重
要な１μｍの波長帯域でレーザ光が得られ、低閾値で動
作する面型光半導体素子が実現できる。本実施例ではＶ
ＣＳＥＬＤについて説明したがＶＳＴＥＰへの適用も可
能であることはもちろんである。
要な１μｍの波長帯域でレーザ光が得られ、低閾値で動
作する面型光半導体素子が実現できる。本実施例ではＶ
ＣＳＥＬＤについて説明したがＶＳＴＥＰへの適用も可
能であることはもちろんである。
【図１】本発明の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１のウェハーを用いて作製した面発光レーザ
の断面図である。
の断面図である。
【図３】従来の面発光レーザを示す斜視図である。
１０１ ｎ−ＧａＡｓ １０２ ｎ型ＤＢＲ １０３ ｎ−ＩｎＰバッファー層 １０４，３１，３３，４１ ｎ−ＩｎＰ １０５ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ １０６ ＩｎＧａＡｓＰ活性層 １０７，１０９，３４，３６ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ １０８，３５，４０ ｐ−ＩｎＰ １１０ Ｃｒ／Ａｕ １１１ ＡｕＧｅ−Ｎｉ／Ａｕ １１２ ＳｉＮ １１３ ｎ−ＧａＡｓ １１４ ｐ−ＧａＡｓ １１６ α−Ｓｉ １１７ ＳｉＯ2 １１５ ｐ型ＤＢＲ ３２ ｎ−ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ−ＤＢＲ ３７ α−Ｓｉ／ＳｉＯ2 多層膜 ３８ ｐ電極 ３９ ｎ電極 １２０ ＳｉＯ2 誘電体膜 １２１ 開口部
Claims (1)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ又はＡｌＧａＡｓ基板の上にＡ
ｌx Ｇａ1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）とＡｌy Ｇａ1-y Ａｓ
（０＜ｙ＜１）を交互に積層した半導体分布反射鏡が成
長され、その上にＩｎＰバッファー層とＩｎz Ｇａ1-z
Ａｓw Ｐ1-w活性層（０＜ｚ，ｗ＜１）を含む中間層が
成長され、さらにその上に多層膜反射鏡が形成されてい
る面型光半導体素子において、前記半導体分布反射鏡を
成長した後、その上に誘電体膜を形成し、一部を開口し
てそこに選択的に前記ＩｎＰバッファー層と前記中間層
を成長してあることを特徴とする面型光半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14016492A JP2871295B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 面型光半導体素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14016492A JP2871295B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 面型光半導体素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05308172A JPH05308172A (ja) | 1993-11-19 |
| JP2871295B2 true JP2871295B2 (ja) | 1999-03-17 |
Family
ID=15262370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14016492A Expired - Fee Related JP2871295B2 (ja) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | 面型光半導体素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2871295B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4497859B2 (ja) * | 2002-08-06 | 2010-07-07 | 株式会社リコー | 面発光半導体レーザ装置および光伝送モジュールおよび光伝送システム |
-
1992
- 1992-04-30 JP JP14016492A patent/JP2871295B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| １９９２年（平成４年）春季第３９回応物学会予稿集 ２８ａ−ＳＦ−２ ｐ．９２１ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05308172A (ja) | 1993-11-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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