專利名稱：半導(dǎo)體激光器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對脊(ridge)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)用埋入層進(jìn)行埋入的埋入型半 導(dǎo)體激光器及其制造方法。
背景技術(shù)：
作為埋入型的半導(dǎo)體激光器的埋入層，提出具有pn結(jié)的結(jié)構(gòu)或具 有半絕緣性InP層的結(jié)構(gòu)。此外，為了抑制具有半絕緣性InP層的埋入 層中的漏電流，提出在埋入層上進(jìn)一步設(shè)置半絕緣性Al (Ga) InAs層 的半導(dǎo)體激光器(例如，參照專利文獻(xiàn)l)。
專利文獻(xiàn)1:特開平8-255950號公報
最近，在10Gbps以上的高速調(diào)制中使用的激光器半導(dǎo)體被廣泛需 求。但是，在具有包括pn結(jié)的埋入層的現(xiàn)有激光器中，埋入層中的pn 結(jié)電容(capacitance)變大，不能夠進(jìn)行10Gbps以上的高速調(diào)制。
此外，專利文獻(xiàn)1中，在形成埋入層之后，半絕緣性摻雜Fe的Al (Ga) InAs層露出到表面并且被氧化。在被氧化的半絕緣性摻雜Fe的 Al (Ga) InAs層上生長其他半導(dǎo)體層，也不能正常地生長，產(chǎn)生缺陷或 表面的凹凸。其結(jié)果是，存在半導(dǎo)體激光器的特性降低且成品率下降這 樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決如上所迷的課題而進(jìn)行的，第一目的是得到能夠 進(jìn)行10Gbps以上的高速調(diào)制的半導(dǎo)體激光器及其制造方法。
本發(fā)明的第二目的是得到一種半導(dǎo)體激光器的制造方法，能夠成品 率較好地得到漏電流較少并且能進(jìn)行高速調(diào)制的半導(dǎo)體激光器。
第一發(fā)明是一種半導(dǎo)體激光器，其特征在于，具備對p型覆蓋層 (cladding layer)、活性層以及n型覆蓋層進(jìn)行層疊的脊結(jié)構(gòu)和對上述 脊結(jié)構(gòu)的兩側(cè)進(jìn)行埋入的埋入層，上迷埋入層具有構(gòu)成pn結(jié)的p型半 導(dǎo)體層以及n型半導(dǎo)體層，上述p型半導(dǎo)體層或者上述n型半導(dǎo)體層的 上迷pn結(jié)附近的栽流子濃度為5xl0卩cm^以下。第二發(fā)明是一種半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于，具備如下
工序形成對p型覆蓋層、活性層以及n型覆蓋層進(jìn)行層疊的層疊體； 刻蝕上迷層疊體并形成脊結(jié)構(gòu)；對上述脊結(jié)構(gòu)的兩側(cè)用埋入層進(jìn)行埋 入，其中，形成將非摻雜半導(dǎo)體層插入到p型半導(dǎo)體層和n型半導(dǎo)體之 間的結(jié)構(gòu)作為所述埋入層，使p型摻雜劑從上述p型半導(dǎo)體向上述非摻 雜半導(dǎo)體層擴(kuò)散，成為栽流子濃度為5xl0口cn^以下的p型的半導(dǎo)體層。
第三發(fā)明是一種半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于，具備如下 工序形成依次層疊有p型覆蓋層、活性層以及n型覆蓋層的層疊體； 刻蝕上述層疊體，形成脊結(jié)構(gòu)；用埋入層對所述脊結(jié)構(gòu)的兩側(cè)進(jìn)行埋入， 其中，作為上述埋入層，依次對p型InP層、n型InP層、半絕緣性摻 雜Fe的AI(Ga)InAs層、半絕緣性摻雜Fe的InP層進(jìn)行層疊，形成上述 埋入層之后，不使上迷半絕緣性摻雜Fe的AI(Ga)InAs層在表面露出。
根據(jù)第一發(fā)明，能得到能夠進(jìn)行10Gbps以上的高速調(diào)制的半導(dǎo)體 激光器。根據(jù)第二發(fā)明，能得到能夠進(jìn)行10Gbps以上的高速調(diào)制的半 導(dǎo)體激光器的制造方法。根據(jù)第三發(fā)明，能夠成品率較好地得到漏電流 較少并且能夠進(jìn)行高速調(diào)制的半導(dǎo)體激光器。


圖1是表示本發(fā)明實施方式1的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。 圖2是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。 圖3是表示本發(fā)明實施方式2的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。 圖4是表示本發(fā)明實施方式3的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。 圖5是表示本發(fā)明實施方式4的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。 圖6是用于說明本發(fā)明實施方式5的半導(dǎo)體激光器的制造方法的剖 面圖。
圖7是用于說明本發(fā)明實施方式5的半導(dǎo)體激光器的制造方法的剖 面圖。
圖8是用于說明本發(fā)明實施方式5的半導(dǎo)體激光器的制造方法的剖 面圖。
圖9是用于說明本發(fā)明實施方式5的半導(dǎo)體激光器的制造方法的剖 面圖。
圖10是用于說明本發(fā)明實施方式5的半導(dǎo)體激光器的制造方法的剖面圖。
圖11是用于說明本發(fā)明實施方式6的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。
圖12是用于說明本發(fā)明實施方式6的半導(dǎo)體激光器的制造方法的 剖面圖。
圖13是用于說明本發(fā)明實施方式6的半導(dǎo)體激光器的制造方法的 剖面圖。
圖14是用于說明本發(fā)明實施方式6的半導(dǎo)體激光器的制造方法的 剖面圖。
圖15是用于說明本發(fā)明實施方式6的半導(dǎo)體激光器的制造方法的 剖面圖。
圖16是用于說明本發(fā)明實施方式6的半導(dǎo)體激光器的制造方法的 剖面圖。
具體實施方式
實施方式1
圖1是表示本發(fā)明實施方式1的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。在p型InP 襯底10 (半導(dǎo)體襯底)上形成脊結(jié)構(gòu)18，該脊結(jié)構(gòu)18是依次層疊p型 InP覆蓋層12 (p型覆蓋層)、AlGalnAs應(yīng)變量子阱(strained quantum well)活性層14 (活性層)以及n型InP覆蓋層16 ( n型覆蓋層)而成 的 此處，p型InP覆蓋層12的栽流子濃度為lxl018cm-3, n型InP覆 蓋層16的載流子濃度為lxl018cm:
用埋入層20對脊結(jié)構(gòu)18的兩側(cè)進(jìn)行埋入。對于埋入層20來說， 從下方依次具有p型InP層22、 n型InP層24、低載流子濃度p型InP 層26、 p型InP層28。低栽流子濃度p型InP層26 ( p型半導(dǎo)體層)和 n型InP層24 ( n型半導(dǎo)體層)構(gòu)成pn結(jié)30。此處，p型InP層22的 載流子濃度為lxl018cm—3, n型InP層24的栽流子濃度為l><io19cnr3, 低載流子濃度p型InP層26的栽流子濃度為lxio17cm-3, p型InP層28 的載流子濃度為lxl018cm-3。
在脊結(jié)構(gòu)18以及埋入層20上，依次形成n型InP層32、 n型InP 接觸層34、 Si02絕緣膜36、 Ti/Pt/Au的n型電極38。在p型InP襯底 10的下表面形成Ti/Pt/Au的p型電極40。此處，n型InP層32的栽流 子濃度為lxl018cm°, n型InP接觸層34的載流子濃度為lxlO9cnT3。
5關(guān)于本發(fā)明實施方式1的半導(dǎo)體激光器的效果，與現(xiàn)有的半導(dǎo)體激
光器比較來進(jìn)行說明。圖2是表示現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。在現(xiàn) 有的半導(dǎo)體激光器中，不存在低載流子濃度p型InP層26，所以，p型 InP層28和n型InP層24構(gòu)成pn結(jié)42。該pn結(jié)42的p型栽流子濃度 為lxio18cm-3， n型栽流子濃度為lxlo19cm-3 其他結(jié)構(gòu)與實施方式1 的半導(dǎo)體激光器相同。
在驅(qū)動半導(dǎo)體激光器時，向埋入層20的pn結(jié)施加反偏壓(reverse bias )。該pn結(jié)的電容(capacitance ) C用下式進(jìn)行計算。
其中，S: pn結(jié)面積，sr:相對介電常數(shù)，so:真空介電常數(shù)，Nd: n 型栽流子濃度，Na: p型載流子濃度，Vbilt:內(nèi)建電位(built-in potential)
在現(xiàn)有的半導(dǎo)體激光器中，pn結(jié)42的電容C為2.8pF，截止頻率 (cutoff frequency ) fc為9GHz,在10Gbps以上的高速調(diào)制中是不充分 的。另一方面，在本實施方式的半導(dǎo)體激光器中，插入低栽流子濃度p 型InP層26,將pn結(jié)30的p型載流子濃度從現(xiàn)有的lxl018cm-3降低到 lxl017cm-3。因此，能夠?qū)n結(jié)30的電容C降低到0.9pF,截止頻率fc 為22GHz ，因此能夠進(jìn)行10Gbps以上的高速調(diào)制。
并且，低栽流子濃度p型InP層26的載流子濃度越低，越能夠使 pn結(jié)30的電容下降，能夠進(jìn)行高速調(diào)制，若pn結(jié)附近的載流子濃度為 5xl0'7cm—3以下，則能夠得到充分的效果。
實施方式2
圖3是表示本發(fā)明實施方式2的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。設(shè)置低載 流子濃度n型InP層44來代替低載流子濃度p型InP層26。低栽流子 濃度n型InP層44的栽流子濃度為lxl017errT3。 p型InP層28 (p型半 導(dǎo)體層)和低栽流子濃度n型InP層44 ( n型半導(dǎo)體層)構(gòu)成pn結(jié)46。 其他結(jié)構(gòu)與實施方式1相同。
在本實施方式的半導(dǎo)體激光器中，插入低栽流子濃度n型InP層44, 使pn結(jié)46的n型載流子濃度從現(xiàn)有的lxi019cm'3降低到lxl017cm-3。
(公式1 )
6因此，能夠?qū)n結(jié)46的電容C降低到0.9pF,截止頻率fc為22GHz, 所以，能夠進(jìn)行10Gbps以上的高速調(diào)制。
實施方式3
圖4是表示本發(fā)明實施方式3的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。村底的導(dǎo) 電型與實施方式1不同。
在n型InP襯底50 (半導(dǎo)體襯底)上形成脊結(jié)構(gòu)18，該脊結(jié)構(gòu)18 是依次對n型InP覆蓋層52(n型覆蓋層)、AlGalnAs應(yīng)變量子阱活性 層54 (活性層)以及p型InP覆蓋層56 ( p型覆蓋層)進(jìn)行層疊而成的。 此處，n型InP覆蓋層52的栽流子濃度為lxlOl8cnf3, p型InP覆蓋層 56的載流子濃度為lxl018cm-3。
用埋入層20對脊結(jié)構(gòu)18的兩側(cè)進(jìn)行埋入。對于埋入層20來說， 從下方依次具有p型InP層58、低栽流子濃度p型InP層60、 n型InP 層62、 p型InP層64。低栽流子濃度p型InP層60 (p型半導(dǎo)體層)和 n型InP層62 ( n型半導(dǎo)體層)構(gòu)成pn結(jié)66。此處，p型InP層58的 栽流子濃度為lxl018cnT3，低栽流子濃度p型InP層60的栽流子濃度為 lxlo'W3， n型InP層62的載流子濃度為lxio19cm-3， p型InP層64 的載流子濃度為lxl018cm'3。
在脊結(jié)構(gòu)18以及埋入層20上，依次形成p型InP層68、p型InGaAs 接觸層70、 Si02絕緣膜72、 Ti/Pt/Au的p型電極74。在n型InP襯底 50的下表面形成Ti/Pt/Au的n型電極76。此處，p型InP層68的栽流 子濃度為lxlO"cn^，p型InGaAs接觸層70的栽流子濃度為lxlOW3。
在本實施方式的半導(dǎo)體激光器中，插入低栽流子濃度p型InP層60， 將pn結(jié)66的p型載流子濃度從現(xiàn)有的lxl018cnT3降低到lxl017cnT3。 因此，能夠?qū)n結(jié)66的電容C降低到0.9pF,截止頻率fc為22GHz， 所以，能夠進(jìn)行10Gbps以上的高速調(diào)制。
實施方式4
圖5是表示本發(fā)明實施方式4的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。設(shè)置低栽 流子濃度n型InP層78來代替低載流子濃度p型InP層60。低載流子 濃度n型InP層78的栽流子濃度為l><io17cm—3。 p型InP層58 (p型半 導(dǎo)體層)和低栽流子濃度n型InP層78 ( n型半導(dǎo)體層)構(gòu)成pn結(jié)80。其他結(jié)構(gòu)與實施方式3相同。
在本實施方式的半導(dǎo)體激光器中，插入低栽流子濃度n型InP層78, 將pn結(jié)80的n型栽流子濃度從現(xiàn)有的lxlO'W3降低到lxlO'W3。 因此，能夠?qū)n結(jié)80的電容C降低到0.9pF,截止頻率fc為22GHz， 所以能夠進(jìn)行10Gbps以上的高速調(diào)制。
實施方式5
參照附圖對本發(fā)明實施方式5的半導(dǎo)體激光器的制造方法進(jìn)行說明。
首先，如圖6所示，利用MOCVD法，在p型InP襯底10 (半導(dǎo)體 襯底)上，形成層疊了 p型InP覆蓋層2 (p型覆蓋層)、AlGalnAs應(yīng) 變量子阱活性層14 (活性層)以及n型InP覆蓋層16 (n型覆蓋層)的 層疊體82。
其次，如圖7所示，在n型InP覆蓋層16上形成Si02絕緣膜84并 進(jìn)行構(gòu)圖。并且，如圖8所示，利用將Si02絕緣膜84用作掩模的濕法 蝕刻等，對層疊體82進(jìn)行蝕刻，形成脊結(jié)構(gòu)18。
其次，如圖9所示，用埋入層20對脊結(jié)構(gòu)18的兩側(cè)進(jìn)行埋入。此 處，作為埋入層20，利用MOCVD法從下方依次形成p型InP層22、 n 型lnP層24 (n型半導(dǎo)體層)、非摻雜InP層86 (非摻雜半導(dǎo)體層)、 p型InP層28 (p型半導(dǎo)體層)。
其次，如圖IO所示，對SK)2絕緣膜84進(jìn)行刻蝕除去之后，利用 MOCVD法，在脊結(jié)構(gòu)18以及埋入層20上依次形成n型InP層32、 n 型lnP接觸層34，在其上形成SK)2絕緣膜36、 Ti/Pt/Au的n型電極38。 在p型InP襯底10的下表面形成Ti/Pt/Au的p型電極40。
之后，使p型摻雜劑(例如Zn)從p型InP層28向非摻雜InP層 86擴(kuò)散，成為載流子濃度為5xl0卩cn^以下的p型的半導(dǎo)體層。由此， 制造出與實施方式1的半導(dǎo)體激光器相同結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器。因此， 能夠得到與實施方式1相同的效果。
而且，作為非摻雜半導(dǎo)體層，也可以使用非摻雜InGaAsP層或非摻 雜AlInAs層來代替非摻雜InP層86。 InGaAsP層與InP層相比，p型摻 雜劑的擴(kuò)散系數(shù)較小，所以，能夠?qū)⒃粤髯訚舛茸兊?。此外，AlInAs層 與InGaAsP層相比，p型摻雜劑的擴(kuò)散系數(shù)更小，所以，能夠?qū)⒃粤髯訉嵤┓绞?
圖11是表示本發(fā)明實施方式6的半導(dǎo)體激光器的剖面圖。對與實 施方式1的半導(dǎo)體激光器相同結(jié)構(gòu)要素給出相同符號，因此省略說明。
用埋入層20對脊結(jié)構(gòu)18的兩側(cè)進(jìn)行埋入。對于埋入層20來說， 從下方依次具有p型InP層88、 n型InP層卯、半絕緣性摻雜Fe的Al (Ga) InAs層92、半絕緣性摻雜Fe的InP層94。此處，p型InP層88 的載流子濃度為lxl018cm—3， n型InP層90的栽流子濃度為lxl019cm—3， 半絕緣性摻雜Fe的Al ( Ga) InAs層92的載流子濃度為8xl016cm-3,半 絕緣性摻雜Fe的InP層94的載流子濃度為8xlO"cm人
在本實施方式的半導(dǎo)體激光器中，在埋入層20中使用半絕緣性摻 雜Fe的InP層94,所以，能夠?qū)⒙袢雽?0的電容降低到0. lpF這樣非 常小的值，能夠進(jìn)行更高速的調(diào)制。此外，在埋入層20中插入帶隙比 InP大的半絕緣性摻雜Fe的Al ( Ga) InAs層92,因此能夠抑制電子的 過量(overflow),能夠抑制在縱向貫穿埋入層20的漏電流。
參照附圖對本實施方式6的半導(dǎo)體激光器的制造方法進(jìn)行說明。首 先，與實施方式5相同地，進(jìn)行圖6 圖8的工序，形成脊結(jié)構(gòu)18。
其次，如圖2所示，用埋入層20對脊結(jié)構(gòu)18的兩側(cè)進(jìn)4亍埋入。 此處，作為埋入層20,利用MOCVD法，從下方依次形成p型InP層 88、 n型InP層90、半絕緣性摻雜Fe的Al ( Ga) InAs層92、半絕緣性 摻雜Fe的InP層94。
其次，如圖13所示，對Si02絕緣膜84進(jìn)行刻蝕除去之后，利用 MOCVD法，在脊結(jié)構(gòu)18以及埋入層20上依次形成n型InP層32、 n 型lnP接觸層34,在其上形成Si02絕緣膜36、 Ti/Pt/Au的n型電極38。 在p型InP襯底10的下表面形成Ti/Pt/Au的p型電極40。通過以上的 工序，制造出本實施方式的半導(dǎo)體激光器。
本實施方式的特征在于，如圖11所示，在形成半絕緣性摻雜Fe的 InP層94之后，不使半絕緣性摻雜Fe的Al ( Ga) InAs層92在表面露 出。對于這些埋入層20的生長更詳細(xì)地進(jìn)行說明。
首先，如圖14所示，從(001)面向上方并且從脊結(jié)構(gòu)18的側(cè)面 向橫向分別結(jié)晶生長p型InP層88、 n型InP層卯、半絕緣性摻雜Fe的Al (Ga) InAs層92。但是，這些半導(dǎo)體層不在(111 ) B面上生長。
其次，如圖15所示，當(dāng)半絕緣性摻雜Fe的InP層94的結(jié)晶生長進(jìn) 行時，(lll)B面與(001)面匯合，半絕緣性摻雜Fe的InP層94的 生長表面僅為(111 ) B面與(001 )面。
其次，如圖16所示，不僅是(001 )面上，也在(111 ) B面上開 始生長半絕緣性摻雜Fe的InP層94。
這樣，在(111 ) B面與(001 )面匯合之前，若使半絕緣性摻雜Fe 的Al( Ga)InAs埋入層20生長結(jié)束，則不使半絕緣性摻雜Fe的Al( Ga ) InAs層92在表面露出，能夠完全被半絕緣性摻雜Fe的InP層94覆蓋。
因此，在本實施方式中，在形成半絕緣性摻雜Fe的InP層94之后， 不使半絕緣性摻雜Fe的Al (Ga) InAs層92在表面露出，所以，能夠 防止半絕緣性摻雜Fe的Al (Ga) InAs層92的氧化。因此，能夠使n 型InP層32在半絕緣性摻雜Fe的Al (Ga) InAs層92上無缺陷地正常 生長，所以，能夠成品率良好地得到漏電流少并且能進(jìn)行高速調(diào)制的半 導(dǎo)體激光器。
附圖標(biāo)記說明12、 56是p型InP覆蓋層(p型覆蓋層)，14、 54 是AlGalnAs應(yīng)變量子阱活性層(活性層)，16、 52是n型InP覆蓋層 (n型覆蓋層)，18是脊結(jié)構(gòu)，20是埋入層，24、 62是n型InP層(n 型半導(dǎo)體層)，26、 60是低載流子濃度p型InP層(p型半導(dǎo)體層)， 28、 58是p型InP層(p型半導(dǎo)體層)，30、 46、 66、 80是pn結(jié)，44、 78是低載流子濃度n型InP層(n型半導(dǎo)體層)，86是非摻雜InP層(非 摻雜半導(dǎo)體層)，88是p型InP層，90是n型InP層，92是半絕緣性 摻雜Fe的Al ( Ga) InAs層，94是半絕緣性摻雜Fe的InP層。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體激光器，其特征在于，具備層疊有p型覆蓋層、活性層以及n型覆蓋層的脊結(jié)構(gòu)；對所述脊結(jié)構(gòu)的兩側(cè)進(jìn)行埋入的埋入層，所述埋入層具有構(gòu)成pn結(jié)的p型半導(dǎo)體層以及n型半導(dǎo)體層，所述p型半導(dǎo)體層或者所述n型半導(dǎo)體層的所述pn結(jié)附近的載流子濃度為5×1017cm-3以下。
2. —種半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于， 具備如下工序形成層疊有p型覆蓋層、活性層以及n型覆蓋層的層疊體；刻蝕所述層疊體，形成脊結(jié)構(gòu)；用埋入層對所述脊結(jié)構(gòu)的兩側(cè) 進(jìn)行埋入，形成將非摻雜半導(dǎo)體層插入到p型半導(dǎo)體層和n型半導(dǎo)體之間的結(jié) 構(gòu)作為所述埋入層，使p 型摻雜劑從所述p型半導(dǎo)體向所述非摻雜半導(dǎo)體層擴(kuò)散，成為 載流子濃度為5xl(^cmJ以下的p型的半導(dǎo)體層。
3. 如權(quán)利要求2的半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于， 形成非摻雜InP層、非摻雜InGaAsP層、非摻雜AlInAs層的任意一種作為所述非摻雜半導(dǎo)體層。
4. 一種半導(dǎo)體激光器的制造方法，其特征在于， 具備如下工序形成依次層疊有p型覆蓋層、活性層以及n型覆蓋層的層疊體；刻蝕所迷層疊體，形成脊結(jié)構(gòu)；用埋入層對所述脊結(jié)構(gòu)的 兩側(cè)進(jìn)行埋入，依次層疊p型InP層、n型InP層、半絕緣性摻雜Fe的Al(Ga)InAs 層、半絕緣性摻雜Fe的InP層作為所述埋入層，在形成所述半絕緣性摻雜Fe的InP層之后，不使所述半絕緣性摻雜 Fe的Al(Ga)InAs層在表面上露出。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體激光器及其制造方法。得到能夠進(jìn)行10Gbps以上的高速調(diào)制的半導(dǎo)體激光器。形成層疊了p型InP覆蓋層(12)(p型覆蓋層)、AlGaInAs應(yīng)變量子阱活性層(14)(活性層)以及n型InP覆蓋層(16)(n型覆蓋層)的脊結(jié)構(gòu)(18)。用埋入層(20)對脊結(jié)構(gòu)(18)的兩側(cè)進(jìn)行埋入。埋入層(20)具有構(gòu)成pn結(jié)(30)的低載流子濃度p型InP層(26)(p型半導(dǎo)體層)和n型InP層(24)(n型半導(dǎo)體層)。低載流子濃度p型InP層(26)的pn結(jié)附近的載流子濃度為5×10¹⁷cm^-3以下。
文檔編號H01S5/00GK101593930SQ20091000270
公開日2009年12月2日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月26日
發(fā)明者境野剛, 奧貫雄一郎, 瀧口透 申請人:三菱電機(jī)株式會社