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公開番号2025028659
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-03
出願番号2023133606
出願日2023-08-18
発明の名称共振型光半導体素子および共振型光半導体素子の製造方法
出願人国立大学法人宮崎大学,DOWAホールディングス株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H10H 20/814 20250101AFI20250221BHJP()
要約【課題】GaAsまたはAlGaAs基板上に、共振構造を有する受発光素子において、中心波長を2.0μm以上とすることが可能な共振型光半導体素子および共振型光半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明における共振型光半導体素子は、GaAsまたはAlGaAsの基板と、基板上のAl_xGa_1-xAs(0≦x≦1)とAl_yGa_1-yAs(0≦y≦1)とを交互に積層した第一ブラッグ反射鏡と、第一ブラッグ反射鏡上に形成されたInAsバッファ層と、InAsバッファ層上に形成されたInAs_1-zSb_z(z≧0)を含む活性層と、活性層上に形成された第二ブラッグ反射鏡と、を有することを特徴とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓの基板と、
前記基板上のＡｌ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ａｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｙ
Ａｓ（０≦ｙ≦１）とを交互に積層した第一ブラッグ反射鏡と、
前記第一ブラッグ反射鏡上に形成されたＩｎＡｓバッファ層と、
前記ＩｎＡｓバッファ層上に形成されたＩｎＡｓ
１－ｚ
Ｓｂ
ｚ
（ｚ≧０）を含む活性層と、
前記活性層上に形成されたＡｌ
ｖ
Ｇａ
１－ｖ
Ａｓ（０≦ｖ≦１）とＡｌ
ｗ
Ｇａ
１－ｗ
Ａｓ（０≦ｗ≦１）とを交互に積層した第二ブラッグ反射鏡と、
を有することを特徴とする、
共振型光半導体素子。
続きを表示（約 720 文字）【請求項２】
前記活性層の中心受発光波長が３μｍ以上である、
請求項１に記載の共振型光半導体素子。
【請求項３】
前記第一ブラッグ反射鏡と前記ＩｎＡｓバッファ層との界面にミスフィット転位を有する、
請求項１に記載の共振型光半導体素子。
【請求項４】
ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓの基板上に、
Ａｌ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ａｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｙ
Ａｓ（０≦ｙ≦１）とを交互に積層した第一ブラッグ反射鏡を形成する工程と、
前記第一ブラッグ反射鏡上にＩｎＡｓバッファ層を４００℃以上５５０℃未満の成長温度で形成する工程と、
前記ＩｎＡｓバッファ層上にＩｎＡｓ
１－ｚ
Ｓｂ
ｚ
（ｚ≧０）を含む活性層を５５０℃以上７５０℃未満の成長温度で形成する工程と、
前記活性層上にＡｌ
ｖ
Ｇａ
１－ｖ
Ａｓ（０≦ｖ≦１）とＡｌ
ｗ
Ｇａ
１－ｗ
Ａｓ（０≦ｗ≦１）とを交互に積層した第二ブラッグ反射鏡を形成する工程と、
を含み、
前記第二ブラッグ反射鏡を形成する工程は、
６００℃未満の温度で前記第二ブラッグ反射鏡の少なくとも最初の層の成膜を開始する第一成膜工程と、
前記第一成膜工程後に行われ、６００℃以上８００℃以下の温度で前記第二ブラッグ反射鏡の残りの層を成長させる第二成膜工程と、
を含むことを特徴とする、
共振型光半導体素子の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振型光半導体素子および共振型光半導体素子の製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
中赤外領域（例えば、波長３μｍから５μｍ）の波長域を有する受発光素子は、センサまたはガス分析などの用途で、幅広く用いられている。
【０００３】
このような受発光素子の活性層には、Ｉｎ、ＡｓおよびＳｂを含むＩｎＧａＡｓＳｂ系III―Ｖ族半導体が用いられる。また、従来は、ＩｎＡｓＳｂ層などのＩｎＧａＡｓＳｂ系III―Ｖ族半導体層をエピタキシャル成長させる場合、格子整合させるために、ＩｎＡｓ基板またはＧａＳｂ基板が成長用基板として用いられていた。しかしながら、近年は、ＩｎＡｓＳｂ層などと格子整合しない安価なＧａＡｓ基板の使用も検討されている。
【０００４】
特許文献１には、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ基板上において、ＡｌＧａＡｓからなる第一の半導体分布反射鏡と、第二の半導体分布反射鏡とに挟まれ、低温で成長させたＩｎＰバッファ層を介してＩｎＧａＡｓ活性層を形成し、発光波長を１．５μｍ程度とする面型光半導体素子について記載されている。
【０００５】
特許文献２には、ＧａＡｓ基板上に、格子整合しないＩｎＡｓ層を形成させたテンプレート基板の製造方法について記載されている。ＩｎＡｓ層を成長させるときに、４００℃以上６００℃未満の成長温度で成長させる第一成長工程と、６００℃以上７５０℃未満の成長温度で成長させる第二成長工程とにわけて２段階成長させることで、比較的高品質なテンプレート基板を形成できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開平０５－２９１６９８号公報
特開２０２２―１２６５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のような共振構造を有する光半導体素子で、受発光波長が１．７μｍ以上または２．０μｍ以上とするものは、ＧａＡｓ基板と格子整合しないＩｎＡｓに近い組成の活性層を用いる必要があるため、実現するのは困難であると考えられていた。ＩｎＰを低温成長させたバッファ層を介した場合でも、ＧａＡｓとＩｎＡｓとの格子定数差に起因する転位または内部応力の発生を十分には解消できない。さらに、反射鏡を用いて共振構造を形成するためには、平坦性がよいことが必要だが、格子定数差の大きい層を平坦性よく形成することは困難であった。
【０００８】
本発明は、中心波長が２．０μｍ以上であって、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ基板上に共振構造を有する共振型光半導体素子および共振型光半導体素子の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明者らが鋭意研究した結果、ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓバッファ層を低温成長させた後、活性層を高温成長させ、さらに、活性層上のブラッグ反射鏡を形成する工程にて、少なくとも最初の層の成長を低温で開始する第一成膜工程と、残りの層を高温成長させる第二成膜工程の２段階成長を行うことで、活性層および第二ブラッグ反射鏡を平坦性良く成長することができ、共振型光半導体素子を得ることができた。
【００１０】
すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）ＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓの基板と、前記基板上のＡｌ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ａｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｙ
Ａｓ（０≦ｙ≦１）とを交互に積層した第一ブラッグ反射鏡と、前記第一ブラッグ反射鏡上に形成されたＩｎＡｓバッファ層と、前記ＩｎＡｓバッファ層上に形成されたＩｎＡｓ
１－ｚ
Ｓｂ
ｚ
（ｚ≧０）を含む活性層と、前記活性層上に形成されたＡｌ
ｖ
Ｇａ
１－ｖ
Ａｓ（０≦ｖ≦１）とＡｌ
ｗ
Ｇａ
１－ｗ
Ａｓ（０≦ｗ≦１）とを交互に積層した第二ブラッグ反射鏡と、を有することを特徴とする、共振型光半導体素子。
（【００１１】以降は省略されています）

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