專(zhuān)利名稱：半導(dǎo)體光元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體激光等半導(dǎo)體光元件中采用將半導(dǎo)體結(jié)晶作為電流阻斷埋入層的埋入結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由于具有電流阻斷功能引起的半導(dǎo)體激光的振蕩閾值的降低，橫模式控制造成的光輸出光束穩(wěn)定，半導(dǎo)體埋入使從活性層發(fā)出的熱擴(kuò)散好，長(zhǎng)期可靠性提高等優(yōu)點(diǎn)，因此，元件的實(shí)用化非常重要。
作為大容量光傳送系統(tǒng)中必要的部件之一的直接調(diào)制激光器是作為中、短距離的高速光傳送系統(tǒng)的信號(hào)光源的重要部件，強(qiáng)烈要求降低成本。具體地是，為了降低成本，必需在激光元件的安裝中在不使用Peltier元件等冷卻機(jī)構(gòu)的非冷卻狀態(tài)下工作，必須提高制造的成品率。因此，作為直接調(diào)制激光器的特性，在更高溫下高速動(dòng)作的特性是希望的。
為了使直接調(diào)制激光器在高溫下高速動(dòng)作，要求降低激光元件的容量、和增大在高溫下的光輸出效率。這種直接調(diào)制激光器的動(dòng)作原理為通過(guò)調(diào)制通入激光器的注入電流，直接調(diào)制激光器的輸出。調(diào)制速度受激光器的緩和振動(dòng)頻率和元件容量限制。緩和振動(dòng)頻率越大，調(diào)制速度增加，但是由于這樣，光子壽命縮短，必需增大微分增益和光子密度。
在半導(dǎo)體埋入結(jié)構(gòu)中，大體上劃分有高臺(tái)面型埋入結(jié)構(gòu)和低臺(tái)面型埋結(jié)構(gòu)。高臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)為在基板上形成下部金屬包層、活性層、上部金屬包層(cladding)、和接觸層。另外，利用絕緣掩模形成臺(tái)面寬度2μm、臺(tái)面寬度為3μm的前后比較高的帶型臺(tái)面，利用電流阻斷層埋入該臺(tái)面的兩側(cè)面，使它成長(zhǎng)形成。
另一方面，低臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)為在基板上形成下部金屬包層、活性層、和上部金屬包層的一部分，利用絕緣掩模，形成臺(tái)面寬度為2μm、臺(tái)面寬高為1.5μm的前后比較低的帶型臺(tái)面。另外，利用電流阻斷層使臺(tái)面的兩側(cè)埋入成長(zhǎng)，在除去絕緣掩模后，使上部的上部金屬包層(over-cladding)和接觸層成長(zhǎng)，完成低臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)。由于在直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器等激光元件中，在高溫下的光輸出效率提高，因此，低臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)比高臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)更適合。其理由是由于上部電極的面積是低臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)的比高臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)的大，因此元件電阻減小。
另外，低臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)，由于臺(tái)面的高度低，所以埋入成長(zhǎng)比高臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)容易，難以產(chǎn)生異常成長(zhǎng)，可以形成結(jié)晶性好的埋入層。然而，在低臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)的情況下，為了充分發(fā)揮電流阻斷功能，埋入層必需要有一定厚度。由于埋入層的表面的高度比臺(tái)面的高度要高，所以埋入臺(tái)面后的表面成為凹凸形狀。當(dāng)在這種凹凸形狀上，再使上部金屬包層和接觸層成長(zhǎng)時(shí)，凹凸形狀殘留至接觸層上。由于上部金屬包層通常為二元系膜，而接觸層通常為三元混晶以上的多元系膜，因此，在接觸層的組成上產(chǎn)生變化。結(jié)果，由于上部金屬包層和接觸層之間產(chǎn)生晶格不匹配，所以會(huì)產(chǎn)生由于變形引起的結(jié)晶性變差的問(wèn)題。
這個(gè)問(wèn)題，會(huì)使元件特性變壞，同時(shí)引起面內(nèi)成品率或者run-to-run的再現(xiàn)性變差。必需在使接觸層成長(zhǎng)前，即上部金屬包層成長(zhǎng)后的凹凸形狀變平坦，達(dá)到不致使接觸層的結(jié)晶性有問(wèn)題的程度。
另外，用于制造半導(dǎo)體光元件的基板的傳導(dǎo)型，對(duì)元件特性影響大。使接觸電阻比n型半導(dǎo)體大的p型半導(dǎo)體，作為接觸面積大的下部基板電極，可減小元件電阻，提高元件特性。在要求高速動(dòng)作的直接調(diào)制半導(dǎo)體激光中，如果基板為p型基板，則具有與作為激光驅(qū)動(dòng)用的驅(qū)動(dòng)器、高速動(dòng)作好的npn型晶體管回路匹配的優(yōu)點(diǎn)。因此，在半導(dǎo)體激光元件，特別是直接調(diào)制激光器中，在p型基板上的低臺(tái)面埋入元件結(jié)構(gòu)有效。另外，具有高的元件特性并可提高制造成品率與run-to-run再現(xiàn)性的元件結(jié)構(gòu)和制造方法，對(duì)降低元件的成本是不缺少的。
美國(guó)專(zhuān)利第5470785號(hào)說(shuō)明書(shū)[非專(zhuān)利文獻(xiàn)1]
A Dadger等“RutheniumA superior compensator of InP”AppliedPhysics Letters，Vol.73，No.26，pp.3878～3880，1998[非專(zhuān)利文獻(xiàn)2]A van Geelen等“Ruthenium doped high power 1.48μm SIPBH laser”，11th International conference on Indium Phosphide and relatedmaterials TuB1-2，1999發(fā)明內(nèi)容在p型基板上的低臺(tái)面埋入元件結(jié)構(gòu)中，為了具有高的元件特性，提高制造成品率和run-to-run再現(xiàn)性，必需在接觸層成長(zhǎng)前，即在使上部金屬包層成長(zhǎng)后的凹凸形狀變平坦，達(dá)到使接觸層的結(jié)晶性不成為問(wèn)題的程度。
為了解決上述問(wèn)題，半導(dǎo)體光元件為在p型半導(dǎo)體基板上，具有至少是由p型金屬包層、活性層和n型金屬包層構(gòu)成的臺(tái)面帶狀的層疊體，該層疊體的兩側(cè)用電流阻斷層埋入，在該電流阻斷層和上述層疊體上，配置n型上部金屬包層和n型接觸層，其特征在于，n型上部金屬包層為使電流阻斷層和上述層疊體的上表面的凹凸變平坦的半導(dǎo)體結(jié)晶。
優(yōu)選上述半導(dǎo)體結(jié)晶的n型攙雜劑為VI族元素。另外，硒為優(yōu)選。硒的攙雜濃度優(yōu)選在5×1018cm-3以上。


圖1A為表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件的制造工序的截面圖；圖1B為表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件的制造工序的截面圖；圖1C為表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件的制造工序的截面圖；圖1D為表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件的制造工序的截面圖；圖1E為表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件的制造工序的截面圖；圖1F為表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件的制造工序的截面圖；圖1G為表示本發(fā)明實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件的制造工序的截面圖；圖2A為表示測(cè)定平坦化程度的元件的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2B為表示Se的攙雜濃度和平坦化程度的關(guān)系的圖；
圖3為表示直接調(diào)制半導(dǎo)體激光的小信號(hào)特性與溫度的依存性的圖；圖4A為表示本發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖4B為表示本發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖4C為表示本發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖4D為表示本發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖4E為表示本發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖4F為表示本發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖4G為表示本發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖5A為表示本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖5B為表示本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖5C為表示本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖5D為表示本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖5E為表示本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖5F為表示本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖；圖5G為表示本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體元件制造工序的截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。通常，埋入在p型基板上形成的低臺(tái)面結(jié)構(gòu)后的元件截面形狀，成為具有凹凸的截面形狀，利用現(xiàn)有的方法，形成上部金屬包層和接觸層時(shí)，凹凸形狀殘留。結(jié)果，利用三元系以上的混晶的接觸層的結(jié)晶品質(zhì)的控制變得困難，使元件特性顯著降低。在本實(shí)施例中，在埋入低臺(tái)面結(jié)構(gòu)后，使用由具有使帶凹凸的截面形狀變平坦性質(zhì)的結(jié)晶構(gòu)成的上部金屬包層。
本實(shí)施例為在p型基板上形成的低臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)的元件。使用由具有將埋入臺(tái)面后的表面的凹凸形狀變平坦的性質(zhì)的結(jié)晶構(gòu)成的上部金屬包層，在利用電流阻斷層埋入臺(tái)面的兩側(cè)后，可得到元件特性不降低的接觸層的結(jié)晶性。這樣，由于使用由具有使表面的凹凸形狀變平坦的性質(zhì)的結(jié)晶構(gòu)成的上部金屬包層，即使在埋入臺(tái)面的兩側(cè)后形成的有凹凸的表面上，上部金屬包層的表面平坦。由于這樣，即使在上部金屬包層上形成接觸層，也可得到元件特性不降低的接觸層。
使埋入臺(tái)面后的表面的凹凸形狀變平坦的上部金屬包層的一個(gè)例子，為攙雜硒(Se)的半導(dǎo)體結(jié)晶。該上部金屬包層，攙雜的Se的濃度越高，平坦化的效果越大，希望Se的攙雜濃度在5×1018cm-3以上。具體地，在p型InP基板上形成的低臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)的元件中，通過(guò)在n型上部金屬包層中使用Se的攙雜濃度為5×1018cm-3以上的InP結(jié)晶，可得到更有效的平坦化結(jié)果。詳細(xì)地，在后面參照實(shí)施例1說(shuō)明。
在低臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)的元件中可以使用的埋入結(jié)構(gòu)中，有僅由使用半絕緣性半導(dǎo)體結(jié)晶的高電阻埋入層構(gòu)成的結(jié)構(gòu)、pn半導(dǎo)體埋入結(jié)構(gòu)、和使用利用半絕緣性半導(dǎo)體結(jié)晶的高電阻埋入層和n型半導(dǎo)體的埋入結(jié)構(gòu)。在這些埋入結(jié)構(gòu)中，都可得到本實(shí)施例的良好效果。在上述三種埋入結(jié)構(gòu)中，由于可以進(jìn)一步提高低臺(tái)面埋入結(jié)構(gòu)元件的元件特性、面內(nèi)成品率、run-to-run的再現(xiàn)性，因此，元件電流阻斷埋入結(jié)構(gòu)為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，這是所希望的。
復(fù)雜的多層埋入結(jié)構(gòu)成為由泄漏電流增加引起的元件特性降低、基板面內(nèi)的成品率降低、和run-to-run的再現(xiàn)性降低的主要原因。由于可使電流阻斷埋入結(jié)構(gòu)成為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，優(yōu)選使用僅利用由半絕緣性半導(dǎo)體結(jié)晶構(gòu)成的高電阻層的結(jié)構(gòu)。然而，在使用半絕緣性半導(dǎo)體結(jié)晶的高電阻埋入層中，一直以來(lái)使用攙雜鐵(Fe)的半導(dǎo)體結(jié)晶，攙雜劑Fe和作為p型基板的攙雜劑的鋅(Zn)在埋入成長(zhǎng)界面中有互相擴(kuò)散的問(wèn)題。
結(jié)果，由于Zn在攙雜了Fe的埋入層中深深地?cái)U(kuò)散，使埋入層的半絕緣性降低，使電流阻斷功能降低，所以成為元件特性降低的主要原因。最近，發(fā)現(xiàn)攙雜了Ru的半絕緣性半導(dǎo)體結(jié)晶幾乎不產(chǎn)生與Zn的相互擴(kuò)散，因此制造了使用在n型InP基板上攙雜了Ru的高電阻埋入層的半導(dǎo)體激光器(參照非專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2)。這樣，如果利用由攙雜了Ru的半絕緣性結(jié)晶構(gòu)成的高電阻層埋入，則可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的埋入結(jié)構(gòu)，得到元件特性、制造成品率、再現(xiàn)性的提高的良好效果。
采用本實(shí)施例，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)良元件特性、提高基板面內(nèi)的制造成品率和良好的run-to-run再現(xiàn)性。另外，如果利用由攙雜Ru的半絕緣性結(jié)晶構(gòu)成的高電阻層埋入，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單埋入結(jié)構(gòu)，因元件特性和制造成品率，再現(xiàn)性得到良好的效果。特別是在直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器中應(yīng)用本發(fā)明的情況下，可使成本降低。
(實(shí)施例1)圖1A-1G表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制造工序，它是將，MQW作為活性層的直接調(diào)制半導(dǎo)體DFB激光器的截面圖。首先，如圖1A所示，在面方位(100)的Zn攙雜p型InP基板1上，利用有機(jī)金屬氣相成長(zhǎng)法(MOVPE)，順序地形成層厚為0.5μm的Zn攙雜p型InP金屬包層2、層厚為0.05μm的未攙雜的InGaAsP下部光限制(confinement heterostructure)(SCH)層3、層厚為0.15μm的發(fā)光波長(zhǎng)為1.3μm的未攙雜的InGaAsP/InGaAsP變形多重量子阱(MQW)活性層4、層厚為0.05μm未攙雜的InGaAsP上部光限制(SCH)層5。在InGaAsP上部光限制(SCH)層5的上部形成衍射晶格后，使層厚為0.2μm的攙雜Se的n型InP金屬包層6成長(zhǎng)。
其次，如圖1B所示，以SiO2作掩模7，利用RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)，形成寬度為2μm、高度為1.5μm的帶型臺(tái)面。接著，如圖1C所示，在帶型臺(tái)面的兩側(cè)的基板上，利用MOVPE法，使攙雜Ru的InP層8(層厚3μm)成長(zhǎng)作為電流阻斷層。Ru的原料使用二(乙基環(huán)戊二烯基)釕(II)(bis(ethylcyclopentadienyl)ruthenium(II))。Ru攙雜的InP層8的層厚在離開(kāi)臺(tái)面附近隆起的埋入?yún)^(qū)域變成為平坦的區(qū)域(圖1C的符號(hào)a，a’)中為3μm。
如圖1D所示，當(dāng)除去由SiO2構(gòu)成的掩模7時(shí)，形成接近深度在1.5μm以上的V字形的槽的結(jié)構(gòu)。如圖1E所示，為了使該槽的凹凸形狀變平坦，利用MOVPE法，使攙雜Se的n型InP上部金屬包層9成長(zhǎng)。
現(xiàn)說(shuō)明在上部金屬包層中攙雜的Se的濃度。作為本申請(qǐng)發(fā)明者之一的近藤發(fā)現(xiàn)，當(dāng)增加Se的攙雜濃度時(shí)，平坦化的程度增加(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。以這個(gè)為基礎(chǔ)，說(shuō)明Se的攙雜濃度對(duì)平坦化程度的影響。如圖2A所示，在寬度為2.1μm，高度為1.0μm的隆起型臺(tái)面101上，使層厚為1.0μm的Zn攙雜p型InP(102)成長(zhǎng)，另外，當(dāng)使層厚為0.8μm的Se攙雜n型InP(103)成長(zhǎng)時(shí)，測(cè)量平坦化程度。取Se攙雜n型InP(103)的臺(tái)面上的層厚為d，離開(kāi)臺(tái)面的平坦區(qū)域的層厚為d0，可用d/d0表示平坦化程度。即d/d0越小，平坦化程度越高。
在圖2B中，表示Se的攙雜濃度與平坦化程度的關(guān)系?？煽闯觯S著Se的攙雜濃度增加，d/d0減小，平坦化程度提高。d/d0在1/2以下的Se的攙雜濃度為5×1018cm-3以上。
在本實(shí)施例中，如果d/d0＜1/2，則攙雜Se的n型InP上部金屬包層的層厚極力抑制平坦區(qū)域的層厚的增加，可使槽的凹凸形狀變平坦，可以適用于制造元件。
這里說(shuō)明了Se的攙雜，即使在相同的VI族元素的硫(S)、碲(Te)中，當(dāng)增加攙雜濃度時(shí)，平坦化的程度也增加。
如圖1E所示，通過(guò)在層厚2μm，用MOVPE法使Se攙雜濃度為6×1018cm-3的n型InP上部金屬包層9成長(zhǎng)，可使電流阻斷層成長(zhǎng)后的凹凸形狀變平坦。這里，n型InP上部金屬包層9的層厚為在離開(kāi)臺(tái)面附近的Ru攙雜InP層8隆起的埋入?yún)^(qū)域而成為平坦的區(qū)域(圖1E的符號(hào)a，a’)的厚度。
然后，如圖1F所示，利用MOVPE法，使攙雜Se的層厚為0.4μm的n型銦鎵砷磷(InGaAsP)接觸層10成長(zhǎng)?；钚詫右酝獾幕衔锇雽?dǎo)體只要不特別說(shuō)明，為在InP基板上晶格匹配的組成。
其次，如圖1G所示，形成n型電極11、在基板上的p型電極12。然后，圖中沒(méi)有示出，為了盡量減小元件全體的容量，利用干蝕刻法除去在離開(kāi)圖1B所示的帶型臺(tái)面處的不要的Ru攙雜InP層8、n型InP上部金屬包層9和接觸層10，加工成含有帶型臺(tái)面的臺(tái)面形狀。這時(shí)，元件全體的層厚盡可能薄，容易使臺(tái)面形狀最優(yōu)，可以減小元件容量，元件特性不降低這幾點(diǎn)是有利的。另一方面，作為半絕緣層的Ru攙雜InP層8的層厚，由于元件容量減小和順?lè)较虻男孤╇娏鳒p小，可以盡可能的厚。因此，由于n型InP上部金屬包層9的層厚盡可能薄，可以抑制元件全體的層厚的增加，對(duì)提高元件特性有利。在使槽的凹凸形狀變平坦的情況下，如果增加Se的攙雜濃度，可以利用更薄的n型InP上部金屬包層9進(jìn)行平坦化，則更可發(fā)揮本發(fā)明的效果。
在圖3中表示利用上述元件制造的直接調(diào)制半導(dǎo)體激光的小信號(hào)特性與溫度的依存性。半導(dǎo)體激光器的3dB帶域，在芯片溫度為25℃下約為25GHz，85℃下約為18GHz，95℃下約為15GHz。振蕩閾值在芯片溫度為25℃下約為6mA，95℃下約為32mA。光輸出效率在芯片溫度為25℃下約為0.38W/A，在95℃下約為0.16W/A。
另一方面，在n型InP上部金屬包層9的Se攙雜濃度比5×1018cm-3小的情況下，表面的凹凸形狀平坦化不充分。由于這樣，n型InGaAsP接觸層10的結(jié)晶性變差，元件特性降低。
其次，說(shuō)明Ru攙雜的InP層8的層厚更厚的情況。取n型InP上部金屬包層9的Se攙雜濃度為8×1018cm-3，層厚取為1μm，制造直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器。這時(shí)，Ru攙雜的InP層8的層厚為4μm。直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的小信號(hào)特性，在芯片溫度為25℃下，3dB帶域大約為28GHz，95℃下約為17GHz。振蕩閾值在芯片溫度為25℃下約為5mA，95℃下約為27mA。光輸出效率在芯片溫度為25℃下約為0.40W/A，95℃下約為0.18W/A。與圖3所示的直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器比較，元件特性提高。
另外，取n型InP上部金屬包層9的Se攙雜濃度為2×1019cm-3，制造直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器。這時(shí)，Ru攙雜的InP層8的層厚為5μm。n型InP上部金屬包層9在離開(kāi)臺(tái)面附近的Ru攙雜InP層8隆起的埋入?yún)^(qū)域而變成平坦的區(qū)域中，幾乎不成長(zhǎng)，而按接近V字形的槽結(jié)構(gòu)成長(zhǎng)，使凹凸形狀變平坦。直接調(diào)制半導(dǎo)體激光的小信號(hào)特性，在芯片溫度為25℃下，3dB的帶域約為30GHz，95℃下約為19GHz。振蕩閾值在芯片溫度為25℃下約為5mA，在95℃下約為24mA。光輸出效率，在芯片溫度為25℃下約為0.42W/A，在95℃下約為0.20W/A。與上述直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器比較，元件特性進(jìn)一步提高。
這樣，通過(guò)增大作為電流阻斷層的Ru攙雜InP層8的層厚，直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的順?lè)较蛐孤╇娏鳒p少，因此光輸出效率增加；通過(guò)元件容量的減少，調(diào)制特性顯著提高。
一直以來(lái)，嘗試了增加作為電流阻斷層的半絕緣層的層厚，提高元件特性。但是，通過(guò)增加半絕緣層的層厚，槽的凹凸形狀變深，利用埋入槽進(jìn)行平坦化是困難的，而且，元件層厚全體都增加。與此相對(duì)，由于使上部金屬包層的層厚更薄，進(jìn)行平坦化也是困難的。采用本實(shí)施例，通過(guò)使用Se攙雜濃度為5×1018cm-3以上的n型InP上部金屬包層，可以形成更薄的上部金屬包層和更厚的半絕緣層，因此可以提高直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的元件特性。
(實(shí)施例2)圖4A～4G表示本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制造工序。它是將MQW作為活性層的直接調(diào)制半導(dǎo)體DFB激光器的截面圖。首先，如圖4A所示，在面方位(100)的Zn攙雜p型InP基板21上利用有機(jī)金屬氣相成長(zhǎng)法(MOVPE)順序地形成層厚為0.5μm的Zn攙雜p型InP金屬包層22、層厚為0.05μm的未攙雜InGaAsP下部光限制(SCH)層23、層厚為0.15μm的發(fā)光波長(zhǎng)為1.3μm的未攙雜的InGaAsP/InGaAsP變形多重量子阱(MQW)活性層24、層厚為0.05μm未攙雜的InGaAsP上部光限制(SCH)層25。在InGaAsP上部光限制(SCH)層25的上部形成衍射晶格后，使厚為0.2μm的Se攙雜的n型InP金屬包層26成長(zhǎng)。
其次，如圖4B所示，以SiO2作掩模27，利用RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)，形成寬度為2μm、高度為1.5μm的帶型臺(tái)面。接著，如圖4C所示，在臺(tái)面的兩側(cè)的基板上，利用MOVPE法，作為電流阻擋層，使n型InP層28(層厚為0.5μm)成長(zhǎng)，再使Fe攙雜的InP層29(層厚為3μm)成長(zhǎng)。作為Fe的原料使用二茂鐵。
如圖4D所示，當(dāng)除去由SiO2構(gòu)成的掩模27時(shí)，形成接近V字形的槽結(jié)構(gòu)。為了使該槽的凹凸形狀變平坦，如圖4E所示，利用MOVPE法使層厚為2μm的Se攙雜濃度為6×1018cm-3的n型InP上部金屬包層30成長(zhǎng)。
然后，如圖4F所示，利用MOVPE法，使攙雜Se的層厚為0.4μm的n型銦鎵砷磷(InGaAsP)接觸層31成長(zhǎng)。只要不特別說(shuō)明，活性層以外的化合物半導(dǎo)體為在InP基板上晶格匹配的組成。
其次，如圖4G所示，形成n型電極32、在基板上的p型電極33，然后進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的臺(tái)面加工。
測(cè)定使用上述元件制造的直接調(diào)制用半導(dǎo)體激光器的小信號(hào)特性。半導(dǎo)體激光的3dB帶域在芯片溫度為25℃下約為22GHz，在95℃下約大約為11GHz。振蕩閾值在芯片溫度為25℃下約為7mA，在95℃下約為35mA。光輸出效率在芯片溫度為25℃下約為0.35W/A，在95℃下約為0.15W/A。
(實(shí)施例3)圖5A～5G中表示本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體元件的制造工序。它是將MQW作為活性層的直接調(diào)制半導(dǎo)體DFB激光器的截面圖。首先，如圖5A所示，在面方位(100)的Zn攙雜p型InP基板41上，利用有機(jī)金屬氣相成長(zhǎng)法(MOVPE)順序地形成層厚為0.5μm的Zn攙雜p型InP金屬包層42、層厚為0.05μm的未攙雜InGaAsP下部光限制(SCH)層43、層厚為0.15μm的發(fā)光波長(zhǎng)為1.3μm的未攙雜的InGaAsP/InGaAsP變形多重量子阱(MQW)活性層44、層厚為0.05μm未攙雜的InGaAsP上部光驅(qū)(SCH)層45。在InGaAsP上部光限制(SCH)層45的上部形成衍射晶格后，使層厚為0.2μm的Se攙雜的n型InP金屬包層46成長(zhǎng)。
其次，如圖5B所示，以SiO2作掩模47，利用RIE(反應(yīng)性離子蝕刻)，形成寬度為2μm，高度為1.5μm的帶型臺(tái)面。接著，如圖5C所示，在臺(tái)面的兩側(cè)的基板上利用MOVPE法，作為電流阻斷層，順序地使p型InP層48(層疊0.6μm)、n型InP層49(層疊0.6μm)、p型InP層50(層疊0.6μm)成長(zhǎng)。
如圖5D所示，當(dāng)除去由SiO2構(gòu)成的掩模47時(shí)，形成接近V字形的槽的結(jié)構(gòu)。如圖5E所示，為了使該槽的凹凸形狀變平坦，利用MOVPE法使層厚為2μm、Se的攙雜濃度為6×1018cm-3的n型InP上部金屬包層51成長(zhǎng)。
然后，如圖5F所示，利用MOVPE法，使攙雜Se的層厚為0.4μm的n型銦鎵砷磷(InGaAsP)接觸層52成長(zhǎng)。只要不特別說(shuō)明，活性層以外的化合物半導(dǎo)體為在InP基板上晶格匹配的組成。
其次，如圖5G所示，形成n型電極53、在基板上的p型電極54，然后進(jìn)行與實(shí)施例1同樣的臺(tái)面加工。
測(cè)定使用上述元件制造的直接調(diào)制用半導(dǎo)體激光器的小信號(hào)特性。半導(dǎo)體激光的3dB帶域在芯片溫度為25℃下約為15GHz，在95℃下約大約為8GHz。振蕩閾值在芯片溫度為25℃下約為8mA，在95℃下約為35mA。光輸出效率在芯片溫度為25℃下約為0.35W/A，在95℃下約為0.15W/A。
在本實(shí)施例中，在激光的活性層中使用InGaAsP多重量子阱(MQW)層，但在以InP-InGaAsP-InGaAs系、InAlAs-InGaAlAs-InGaAs系等以InP為基板的所有系的主體層中的大塊層(bulk layer)、多重量子阱層等的結(jié)構(gòu)中有效。另外，電流阻斷埋入結(jié)構(gòu)，即便是上述實(shí)施例以外的層結(jié)構(gòu)，也可得到同樣的效果。在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了半導(dǎo)體激光器，但不僅在光調(diào)制器、半導(dǎo)體放大器、光電二極管等其他半導(dǎo)體元件或單體元件中，而且在半導(dǎo)體激光器中集成光調(diào)制器的元件、集成半導(dǎo)體放大器和光調(diào)制器的元件等集成元件中也有效。
如上所述，本實(shí)施例，在半導(dǎo)體激光器等半導(dǎo)體光元件中，即使進(jìn)行埋入成長(zhǎng)后，表面成為凹凸的情況下，通過(guò)使用由具有表面變成平坦的性質(zhì)的結(jié)晶構(gòu)成的上部金屬包層，可得到元件特性不降低的接觸層。
產(chǎn)業(yè)上利用的可能性本發(fā)明不是僅限于半導(dǎo)體激光器，它不但在光調(diào)制器、半導(dǎo)體放大器、光電二級(jí)管等其他半導(dǎo)體元件或單體元件上，而且在半導(dǎo)體激光中集成有光調(diào)制器的元件、集成半導(dǎo)體放大器和光調(diào)制器的元件等的集成元件中也有效。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體光元件，在p型半導(dǎo)體基板上具有至少是由p型金屬包層、活性層、和n型金屬包層構(gòu)成的臺(tái)面帶狀的層疊體，利用電流阻斷層埋入該層疊體的兩側(cè)，在該電流阻斷層和所述層疊體上，配置n型上部金屬包層和n型接觸層，該半導(dǎo)體光元件的特征在于，所述n型上部金屬包層為使所述電流阻斷層和所述層疊體的上表面的凹凸變平坦的半導(dǎo)體結(jié)晶。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體結(jié)晶的n型攙雜劑的VI族元素。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述n型攙雜劑為硒。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述硒的攙雜濃度為5×1018cm-3以上。
5.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述半導(dǎo)體結(jié)晶為InP結(jié)晶。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述n型攙雜劑為硒。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述硒的攙雜濃度為5×1018cm-3以上。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述電流阻斷層為由半絕緣性的半導(dǎo)體結(jié)晶構(gòu)成的高電阻層。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述高電阻層中攙雜釕。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述高電阻層為攙雜有釕的InP結(jié)晶。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述電流阻斷層由n型半導(dǎo)體結(jié)晶和由半絕緣性的半導(dǎo)體結(jié)晶構(gòu)成的高電阻層形成。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述高電阻層由攙雜有釕和鐵中至少一個(gè)的半絕緣性半導(dǎo)體結(jié)晶構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述高電阻層由攙雜有釕和鐵中至少一個(gè)的InP結(jié)晶構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述電流阻斷層由n型半導(dǎo)體結(jié)晶和p型半導(dǎo)體結(jié)晶構(gòu)成。
15.如權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體光元件，其特征在于，所述電流阻斷層由n型InP結(jié)晶和p型InP結(jié)晶構(gòu)成。
16.一種半導(dǎo)體光元件的制造方法，其特征在于，具有下列工序在p型半導(dǎo)體基板上形成至少由p型金屬包層、活性層、和n型金屬包層構(gòu)成的層疊體的工序；將所述層疊體加工成臺(tái)面帶狀的工序；通過(guò)電流阻斷層埋入所述臺(tái)面帶狀的層疊體的兩側(cè)的工序；形成使所述電流阻斷層和所述層疊體的上表面的凹凸變平坦的n型上部金屬包層的工序；和在所述n型上部金屬包層上形成n型接觸層的工序。
全文摘要
在p型基板上的低臺(tái)面埋入元件結(jié)構(gòu)中，為了具有高的元件特性，提高制造的成品率和run－to－run的再現(xiàn)性，使元件的接觸層成長(zhǎng)前，即上部金屬包層成長(zhǎng)后的截面形狀變平坦，達(dá)到不使接觸層的結(jié)晶性有問(wèn)題的程度。在p型半導(dǎo)體基板(1)上具有至少是由p型金屬包層(2)、活性層(4)和n型金屬包層(6)構(gòu)成的帶狀層疊體，利用電流阻斷層(8)埋入層疊體的兩側(cè)，在電流阻斷層(8)和層疊體上配置n型上部金屬包層(9)和n型接觸層(10)。n型上部金屬包層(9)為使電流阻斷層(8)和層疊體的上表面的凹凸變平坦的半導(dǎo)體結(jié)晶。
文檔編號(hào)H01S5/227GK1898842SQ20058000130
公開(kāi)日2007年1月17日 申請(qǐng)日期2005年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月26日
發(fā)明者伊賀龍三, 近藤康洋 申請(qǐng)人:日本電信電話株式會(huì)社