(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バットジョイント接合された第１及び第２の半導体光素子がＩｎＰ基板上に集積され、
前記第１及び第２の半導体光素子は、Ｂｅがドープされた複数のＩｎＧａＡｓコンタクト層を有し、
前記複数のＩｎＧａＡｓコンタクト層はそれぞれＢｅドーピング濃度が異なり、
前記複数のＩｎＧａＡｓコンタクト層のうち最表面にある層は、Ｂｅドーピング濃度が７×１０１８ｃｍ−３以上、厚みが２５０ｎｍ以下であることを特徴とする集積型半導体光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バットジョイント接合された第１及び第２の半導体光素子がＩｎＰ基板上に集積され、第１及び第２の半導体光素子はＢｅがドープされたＩｎＧａＡｓコンタクト層を有する集積型半導体光素子に関し、特に良好な表面モホロジーを保ちつつ、コンタクト抵抗を低減することができる集積型半導体光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩｎＰ基板上に形成されたIII−Ｖ族化合物半導体において、ｐ型のドーパントとしてベリリウム（Ｂｅ）が使用される。Ｂｅは、一般的にｐ型ドーパントとして使用される亜鉛（Ｚｎ）に比べて拡散長が短い。従って、Ｂｅを電界吸収型（ＥＡ）光変調器のｐ型ドーパントとして使用すると、吸収層へ拡散されるドーパントの濃度を低減することができる。これにより、吸収層の電界が均一化して、消光特性が向上する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
【非特許文献１】Y. Miyazaki et.al, Journal of Applied Physics, vol.93, no.7, pp.3823-3826 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、Ｂｅを高濃度にドープすると、結晶の表面モホロジーが悪化する。特に、ＥＡ変調器集積型レーザのような集積型半導体光素子では、２つの半導体光素子がバットジョイント（butt joint、突き合わせ）結合され、このバットジョイント結合の近傍では表面が平坦でない。このため、上記のＢｅドープによる表面モホロジーの悪化が顕著になる。
【０００５】
また、ｎ型ＩｎＰ基板上に形成された半導体レーザやＥＡ変調器は、ｐ側の最表面層としてＩｎＧａＡｓコンタクト層を有する。そして、ｐ側電極とのコンタクト抵抗を低減させるために、コンタクト層をｐ型に高濃度ドーピングしている。しかし、バットジョイント接合された集積型素子では、ｐ型ドーパントとしてＢｅを使用する場合、上記の表面モホロジーの悪化により、コンタクト層のドーピング濃度を高くすることができない。これにより、コンタクト抵抗が増加するため、動作電圧、消費電力、変調速度等の特性が悪化してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、良好な表面モホロジーを保ちつつ、コンタクト抵抗を低減することができる集積型半導体光素子を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る集積型半導体光素子は、バットジョイント接合された第１及び第２の半導体光素子がＩｎＰ基板上に集積され、前記第１及び第２の半導体光素子は、Ｂｅがドープされた複数のＩｎＧａＡｓコンタクト層を有し、前記複数のＩｎＧａＡｓコンタクト層はそれぞれＢｅドーピング濃度が異なり、前記複数のＩｎＧａＡｓコンタクト層のうち最表面にある層は、Ｂｅドーピング濃度が７×１０１８ｃｍ−３以上、厚みが２５０ｎｍ以下である。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、良好な表面モホロジーを保ちつつ、コンタクト抵抗を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る集積型半導体光素子の光導波路方向の断面図である。この集積型半導体光素子は、分布帰還型（ＤＦＢ）の半導体レーザ１（第１の半導体光素子）と電界吸収型（ＥＡ）の光変調器２（第２の半導体光素子）が、同一のｎ型ＩｎＰ基板３（ＩｎＰ基板）上にモノリシックに集積された光変調器集積半導体レーザである。半導体レーザ１と光変調器２は、アイソレーション部４により電気的分離されている。半導体レーザ１と光変調器２により、レーザ光を生成し、出射するための光導波路が構成されている。
【００１０】
ｎ型ＩｎＰ基板３上にｎ型ＩｎＰクラッド層５が形成されている。その上に、半導体レーザ１として、ノンドープＩｎＧａＡｓＰの分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層６、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸で構成される活性層７、ノンドープＩｎＧａＡｓＰのＳＣＨ層８が積層されている。一方、光変調器２として、ノンドープＩｎＧａＡｓのＳＣＨ層９、ノンドープＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＧａＡｓＰ多重量子井戸で構成される吸収層１０、ノンドープＩｎＧａＡｓのＳＣＨ層１１が積層されている。ＳＣＨ層８には周期的エッチングにより回折格子１２が形成されている。半導体レーザ１のＳＣＨ層６，８及び活性層７と光変調器２のＳＣＨ層９，１１及び活性層１０はバットジョイント接合されている。
【００１１】
半導体レーザ１のＳＣＨ層８及び光変調器２のＳＣＨ層１１上に、ｐ型ＩｎＰクラッド層１３が形成され、その上に、Ｂｅがドープされたｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４が形成されている。即ち、半導体レーザ１及び光変調器２は、最表面層としてｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４を有する。このｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４はアイソレーション部４において除去されている。ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４上に、半導体レーザ１のｐ型電極１５と光変調器２のｐ型電極１６がそれぞれ形成されている。ｎ型ＩｎＰ基板３の下面にｎ型電極１７が形成されている。
【００１２】
本実施の形態は、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４は、Ｂｅドーピング濃度が７×１０１８ｃｍ−３以上、厚みｄが３００ｎｍより薄いことを特徴とする。この構成による効果について以下に詳細に説明する。
【００１３】
図２は、ＩｎＰ基板上にＢｅドープのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を形成し、その上にｐ型電極であるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを形成した場合のコンタクト抵抗率の測定結果である。横軸はＩｎＧａＡｓコンタクト層のＢｅドーピング濃度であり、縦軸はコンタクト抵抗率である。Ｂｅドーピング濃度の増加に伴いコンタクト抵抗率が下がることが分かる。
【００１４】
よって、上記のようにｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４のＢｅドーピング濃度を７×１０１８ｃｍ−３以上にすることで、コンタクト抵抗率を十分に下げることができるため、高速変調、低消費電力・低発熱の光変調器集積半導体レーザを実現することができる。
【００１５】
また、バットジョイント接合された半導体レーザと光変調器を有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により成長した後に表面状態を測定した。ＩｎＧａＡｓコンタクト層のＢｅドーピング濃度を５×１０１８ｃｍ−３、厚みを１０００ｎｍとした場合、数点のモホロジー荒れがあるもののほぼ良好な表面モホロジーとなっていた。一方、厚みを同じにしてＢｅドーピング濃度を１×１０１９ｃｍ−３に上げた場合、バットジョイント結合の近傍で表面モホロジーが悪化していた。このようにＩｎＧａＡｓコンタクト層のＢｅドーピング濃度が高いほど表面モホロジーが悪化する。
【００１６】
しかし、前述のようにコンタクト抵抗率を下げるため、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４のＢｅドーピング濃度を７×１０１８ｃｍ−３以上にする必要がある。そこで、ＩｎＧａＡｓコンタクト層のＢｅドーピング濃度を１×１０１９ｃｍ−３と高くし、厚みを２５０ｎｍ，１００ｎｍと薄くしたところ、両者ともに良好な表面モホロジーが得られた。
【００１７】
よって、上記のようにｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４のＢｅドーピング濃度を７×１０１８ｃｍ−３以上にしても、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４の厚みを３００ｎｍより薄くすることで、良好な表面モホロジーを得ることができる。
【００１８】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係る集積型半導体光素子の光導波路方向の断面図である。実施の形態１と異なる構成についてのみ説明する。
【００１９】
ｐ型ＩｎＰクラッド層１３上に、Ｂｅがドープされたｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１８とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１９が積層されている。即ち、半導体レーザ１及び光変調器２は、最表面層としてｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１８，１９を有する。このｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１８とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１９はそれぞれＢｅドーピング濃度が異なる。そして、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１８，１９のうち最表面にあるｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１９は、Ｂｅドーピング濃度が７×１０１８ｃｍ−３以上、厚みが３００ｎｍより薄い。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１８は、Ｂｅドーピング濃度が５×１０１８ｃｍ−３で、厚みは４００ｎｍである。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１８の厚みを２００ｎｍにしても実施の形態１と同様の効果を得ることができた。
【００２０】
また、ＩｎＧａＡｓコンタクト層全体の厚み、即ちｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１８とｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１９の厚みの合計を、実施の形態１のようにｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１４だけの時よりも厚くすることができる。これにより、素子の構造設計の自由度を向上することができる。例えば、ＩｎＧａＡｓはＩｎＰに比べ金属の拡散が小さいため、電極金属が活性層まで沈み込み素子が劣化するのを阻止する役割があるが、ＩｎＧａＡｓコンタクト層を厚くすることでその効果をより顕著にすることができる。また、本実施の形態では、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１８のＢｅドーピング濃度をｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１９のＢｅドーピング濃度より低くしたが、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１８のＢｅドーピング濃度をｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層１９のＢｅドーピング濃度より高くしてもよい。こうすることによって、表面モホロジーの悪化を防ぎつつ、ＩｎＰクラッド層との間の抵抗を下げることができる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層が２層の場合について説明したが、これに限らず、ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層をＢｅドーピング濃度が異なる３層以上の積層構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る集積型半導体光素子の光導波路方向の断面図である。
【図２】ＩｎＰ基板上にＢｅドープのｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層を形成し、その上にｐ型電極であるＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを形成した場合のコンタクト抵抗率の測定結果である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る集積型半導体光素子の光導波路方向の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  半導体レーザ（第１の半導体光素子）
２  光変調器（第２の半導体光素子）
３  ｎ型ＩｎＰ基板（ＩｎＰ基板）
１４，１８，１９  ｐ型ＩｎＧａＡｓコンタクト層（ＩｎＧａＡｓコンタクト層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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