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半導体光デバイス、半導体光源、光集積回路、及び半導体光デバイスの製造方法 新技術説明会 外国出願あり

国内特許コード P190016116
整理番号 17-012
掲載日 2019年6月13日
出願番号 特願2017-121137
公開番号 特開2019-009169
出願日 平成29年6月21日(2017.6.21)
公開日 平成31年1月17日(2019.1.17)
発明者
  • 松本 敦
  • 赤羽 浩一
  • 山本 直克
出願人
  • 国立研究開発法人情報通信研究機構
発明の名称 半導体光デバイス、半導体光源、光集積回路、及び半導体光デバイスの製造方法 新技術説明会 外国出願あり
発明の概要 【課題】高い温度環境下においても、安定に動作し、高い性能を発揮する。
【解決手段】基板2の上に設けられた活性層4と、前記活性層4の上に設けられたクラッド層5とを備える半導体光デバイス1であって、前記クラッド層5の上に設けられ、第1不純物及び前記第1不純物とは異なる第2不純物を含むコンタクト層7を備えることを特徴とする。また、基板2の上に設けられた活性層4と、前記活性層4の上に設けられたクラッド層5とを備える半導体光源であって、前記クラッド層5の上に設けられ、第1不純物及び前記第1不純物とは異なる第2不純物を含むコンタクト層7を備えることを特徴とする。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要

近年、スマートフォンやタブレット端末等のモバイル端末の普及に伴い、モバイル通信の高速化や様々なモバイル端末用のサービスの多様化が進み、必要とされる通信容量が著しく増大している。ネットワークシステムにおいては、ビッグデータを用いたネットワーク・クラウドサービスが次第に普及する一方で、産業においては、産業機械同士で情報を共有するM2M(Machine to Machine)技術、産業機器・装置やセンサ等の全ての機器に対してインターネットを介して効率的に運用するようなIoT(Internet of Things)技術、IoT機器をエッジルータでリアルタイム(瞬時)に情報処理を行うエッジコンピューティング技術等が、非常に重要な技術として注目されている。

このような技術の確立及び発展には、アクセスネットワークにおける光・無線通信やデータセンタでの近距離通信ネットワークのさらなる高速大容量化が不可欠となる。このような観点から、データセンタ内、データセンタ間近距離通信、アクセス系ネットワークの光インタコネクト化、光・無線通信における通信速度の高速化及び大容量化の研究が世界的に行われており、それを実現するような低消費電力、トラフィックの低遅延性や、通信機器のサイズ・コスト等の要求を満たすICT(Information and Communication Technology)ハードウェアを用いた高速大容量通信技術が必要不可欠と考えられている。

上記分野において特に注目されている研究として、Siフォトニクス等を用いた半導体光デバイスの研究や、上記半導体光デバイスを用いたレーザ等を集積した光集積回路の研究がある。上述した半導体光デバイス等の研究は、LSIの微細配線に用いられるCMOS(Complementary metal oxide semiconductor)ラインと相互互換性が高く、極めて効率良く低コスト化が可能であると考えられている。また、半導体光デバイス等は、LSIとの集積を可能とすることから、電気・光通信を融合した光集積回路を実現し、超小型化及び低消費電力化が可能となる点で、世界的に重要な研究テーマと認識されている。

しかしながら、上述した半導体光デバイスをLSIの集積回路の一部に実装する場合、LSIに起因する大きな発熱が問題となり得る。LSI周辺のボードの温度は、LSIの発熱により80℃程度に達するため、半導体光デバイスの特性を低下させる恐れがある。そこで、高い温度環境下においても、安定に動作し、高い性能を発揮する半導体光デバイスの実現が課題として挙げられる。

これに対し、例えば特許文献1では、特に室温近傍でのしきい値電流を低減できる半導体レーザ素子に関する技術が開示されている。このほか、例えば非特許文献1では、p型不純物を活性層近傍にドープ(注入)し、結晶成長させた構造のウェハを用いて半導体レーザ等の発光素子を形成することにより、温度特性を改善させる技術が開示されている。また、例えば非特許文献2では、ペルチェ素子等のTEC(Thermo-Electric Cooler)により、半導体レーザ等の発光素子や、その他光集積回路から生じる熱を強制的に冷却させる方法に関する技術が開示されている。

特許文献1に開示された半導体レーザでは、複数の量子井戸層を有し、量子井戸層とバリア層とを交互に形成した活性層を備える。活性層内のバリア層のうちの量子井戸層によって挟まれたバリア層と量子井戸層との伝導帯側のバンド不連続量は、26meV以上、300meV未満に設定される。これによって、量子井戸層間での熱励起によるキャリアのオーバーフローを意図的に行うようにし、量子井戸層間でキャリア密度を均一化する。

産業上の利用分野

本発明は、半導体光デバイス、半導体光源、光集積回路、及び半導体光デバイスの製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
基板の上に設けられた活性層と、前記活性層の上に設けられたクラッド層とを備える半導体光デバイスであって、
前記クラッド層の上に設けられ、第1不純物及び前記第1不純物とは異なる第2不純物を含むコンタクト層を備えること
を特徴とする半導体光デバイス。

【請求項2】
前記第1不純物は、ベリリウム又は亜鉛であり、
前記第2不純物は、アルゴン、リン、又はホウ素であり、
前記第2不純物の濃度は、1.0×1012cm-2以上1.0×1015cm-2以下であること
を特徴とする請求項1記載の半導体光デバイス。

【請求項3】
基板の上に設けられた活性層と、前記活性層の上に設けられたクラッド層とを備える半導体光源であって、
前記クラッド層の上に設けられ、第1不純物及び前記第1不純物とは異なる第2不純物を含むコンタクト層を備えること
を特徴とする半導体光源。

【請求項4】
基板の上に設けられた活性層と、前記活性層の上に設けられたクラッド層とを備えた半導体光デバイスを備える光集積回路であって、
前記半導体光デバイスは、前記クラッド層の上に設けられ、第1不純物及び前記第1不純物とは異なる第2不純物を含むコンタクト層を備えること
を特徴とする光集積回路。

【請求項5】
基板の上に活性層を形成する工程と、前記活性層の上にクラッド層を形成する工程とを備える半導体光デバイスの製造方法であって、
前記クラッド層の上に第1不純物を含むコンタクト層を形成する工程と、
前記コンタクト層に前記第1不純物とは異なる第2不純物を注入する工程と、
前記コンタクト層を加熱する工程と、
を備えること
を特徴とする半導体光デバイスの製造方法。

【請求項6】
前記コンタクト層を形成する工程として、前記第1不純物を含むInGaAsが形成され、
前記コンタクト層を加熱する工程は、600℃以上720℃以下、及び、30秒以上180秒以下で加熱すること
を特徴とする請求項5記載の半導体光デバイスの製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017121137thum.jpg
出願権利状態 公開
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