JP2008258276A - Method of manufacturing semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device including a plurality of semiconductor elements of different characteristics on a substrate with higher controllability and reduced cost. <P>SOLUTION: The method of manufacturing a semiconductor device including the plurality of semiconductor elements on the substrate including a heating and controlling layer forming step to form, on the substrate, a heating and controlling layer having a plurality of regions with different amounts of heat radiation and heat conductivity and a heating step to heat the substrate forming the heating and controlling layer. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、基板上に複数の半導体素子を有する半導体装置の製造方法および半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device having a plurality of semiconductor elements on a substrate and the semiconductor device.

半導体装置の小型化、多機能化のために、1つの基板上に異なる特性を有する複数の半導体素子を集積して形成することが求められている。たとえば、波長多重(WDM)光通信に用いられる光半導体装置として、1つの基板上に互いに異なる発振波長を有する半導体レーザ素子をアレイ状に形成した多波長レーザアレイ素子が開示されている(非特許文献1〜5参照)。   In order to reduce the size and increase the functionality of a semiconductor device, it is required to integrate and form a plurality of semiconductor elements having different characteristics on one substrate. For example, as an optical semiconductor device used for wavelength division multiplexing (WDM) optical communication, a multiwavelength laser array element is disclosed in which semiconductor laser elements having different oscillation wavelengths are formed in an array on a single substrate (non-patent document). Reference 1-5).

たとえば、垂直共振器型の面発光レーザ(VCSEL)素子を用いた多波長レーザアレイ素子として、非特許文献1においては、基板の裏面にエッチングによって空洞部を形成し、分子線成長法(MBE)法によって基板上に光共振器を構成する半導体層をエピタキシャル成長させ、その後半導体層を熱エッチングする技術が開示されている。この技術によれば、空洞形成部と非形成部とで基板に温度差ができるため、熱エッチングのエッチングレートが互いに異なるものとなる。その結果、1つの基板上に共振器長が互いに異なる光共振器を形成できるので、多波長レーザアレイ素子を実現できる。   For example, as a multi-wavelength laser array element using a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) element, in Non-Patent Document 1, a cavity is formed on the back surface of a substrate by etching, and a molecular beam growth method (MBE). A technique is disclosed in which a semiconductor layer constituting an optical resonator is epitaxially grown on a substrate by the method, and then the semiconductor layer is thermally etched. According to this technique, a temperature difference can be generated in the substrate between the cavity forming portion and the non-forming portion, so that the etching rates of thermal etching are different from each other. As a result, since optical resonators having different resonator lengths can be formed on one substrate, a multi-wavelength laser array element can be realized.

また、非特許文献2においては、MOCVD法によって基板上に半導体層をエピタキシャル成長させる際に、異なる直径の開口部を有するマスクを設け、半導体層の成長速度に差をつけることによって、互いに異なる厚さの半導体層を形成している。また、非特許文献3においては、基板に段差を設け、互いに異なる厚さの半導体層を形成している。   Further, in Non-Patent Document 2, when a semiconductor layer is epitaxially grown on a substrate by MOCVD, a mask having openings having different diameters is provided, and different thicknesses are obtained by differentiating the growth rate of the semiconductor layer. The semiconductor layer is formed. In Non-Patent Document 3, a step is provided on the substrate, and semiconductor layers having different thicknesses are formed.

W. Yuen et al., "Multiple-Wavelength Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Arrays", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electron., vol.3, No.2, pp.422-428(1997)W. Yuen et al., "Multiple-Wavelength Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser Arrays", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electron., Vol.3, No.2, pp.422-428 (1997) F. Koyama et al., "Wavelength Control of Vertical Cavity Surface-Emitting Laser by Using Nonpolar MOCVD", IEEE Photon. Technol. Lett., vol.7 No.1, pp.10-12(1995)F. Koyama et al., "Wavelength Control of Vertical Cavity Surface-Emitting Laser by Using Nonpolar MOCVD", IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.7 No.1, pp.10-12 (1995) M. Arai et al., "Growth of Highly Strained GaInAs-GaAs Quantum Wells on Patterned Substrate and Its Application for Multiple-Wavelength Vertical-Cavity Surface Emitting Laser Array", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electron., vol.8, No.4, pp.811-815(2002)M. Arai et al., "Growth of Highly Strained GaInAs-GaAs Quantum Wells on Patterned Substrate and Its Application for Multiple-Wavelength Vertical-Cavity Surface Emitting Laser Array", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electron., Vol.8, No.4, pp.811-815 (2002) H. Saito et al., "Uniform CW operation of Multiple-Wavelength Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers Fabricated by Mask Molecular Beam Epitaxy", IEEE Photon. Technol. Lett., vol.8 No.9, pp.1118-1120(1996)H. Saito et al., "Uniform CW operation of Multiple-Wavelength Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers Fabricated by Mask Molecular Beam Epitaxy", IEEE Photon. Technol. Lett., Vol.8 No.9, pp.1118-1120 (1996) Connie J. Chang-Hasnain, "Tunable VCSEL", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electron., vol.6, No.6, pp.978-987(2000)Connie J. Chang-Hasnain, "Tunable VCSEL", IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electron., Vol.6, No.6, pp.978-987 (2000)

ところで、多波長レーザアレイ素子を実現するためには、集積度を高くするために、たとえば1辺が1mm以内の微小領域で発振波長特性を変化させることが必要であり、半導体層の厚さ等の特性の制御精度が高いことが要求される。また、大量に必要とされるため、製造コストが低いことも要求される。しかしながら、非特許文献1〜5に開示される従来の方法は、特性の制御性と製造コストとを同時に満足するものではなかった。   By the way, in order to realize a multi-wavelength laser array element, in order to increase the degree of integration, for example, it is necessary to change the oscillation wavelength characteristic in a very small region whose one side is within 1 mm, the thickness of the semiconductor layer, etc. It is required that the control accuracy of the characteristics of the above is high. Moreover, since it is required in large quantities, it is also required that the manufacturing cost is low. However, the conventional methods disclosed in Non-Patent Documents 1 to 5 do not satisfy the controllability of characteristics and the manufacturing cost at the same time.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、基板上に互いに特性が異なる複数の半導体素子を有する半導体装置を、制御性高くかつ低コストで製造することができる半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and a semiconductor device manufacturing method capable of manufacturing a semiconductor device having a plurality of semiconductor elements having different characteristics on a substrate with high controllability and low cost, and An object is to provide a semiconductor device.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上に複数の半導体素子を有する半導体装置の製造方法であって、前記基板に熱輻射量または熱伝導量が互いに異なる複数の領域を有する加熱制御層を形成する加熱制御層形成工程と、前記加熱制御層を形成した基板を加熱する加熱工程と、を含むことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor device having a plurality of semiconductor elements on a substrate. The method includes a heating control layer forming step of forming a heating control layer having a plurality of regions having different heat conduction amounts, and a heating step of heating the substrate on which the heating control layer is formed.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記発明において、前記加熱工程は、前記加熱制御層を形成した基板を加熱しながら該基板上に半導体層を積層する積層工程を含むことを特徴とする。   In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, in the above invention, the heating step includes a stacking step of stacking a semiconductor layer on the substrate while heating the substrate on which the heating control layer is formed. And

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記発明において、前記基板上に半導体層を積層する積層工程を含み、前記加熱工程は、前記積層した半導体層を熱エッチングすることを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the method includes a stacking step of stacking a semiconductor layer on the substrate, and the heating step thermally etches the stacked semiconductor layer. .

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記発明において、前記基板上に半導体層を積層する積層工程を含み、前記加熱工程は、前記積層した半導体層をアニーリングすることを特徴とする。   The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the method includes a stacking step of stacking a semiconductor layer on the substrate, and the heating step anneals the stacked semiconductor layer.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記発明において、前記加熱制御層形成工程は、前記加熱制御層を前記基板の表面または内部の少なくとも一方に形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the heating control layer forming step forms the heating control layer on at least one of a surface and an inside of the substrate.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記発明において、前記加熱制御層形成工程は、前記各領域において互いに異なるパターンを有するように前記加熱制御層を形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the heating control layer forming step forms the heating control layer so as to have different patterns in each region.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記発明において、前記加熱制御層形成工程は、前記各領域において輻射熱の反射量が互いに異なるように前記加熱制御層を形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the heating control layer forming step forms the heating control layer so that reflection amounts of radiant heat are different from each other in each region. .

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記発明において、前記加熱制御層形成工程は、前記各領域において輻射熱の吸収量が互いに異なるように前記加熱制御層を形成することを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the heating control layer forming step forms the heating control layer so that the radiant heat absorption amount is different in each region. .

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記発明において、前記基板から前記形成した加熱制御層を除去する加熱制御層除去工程を含むことを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, a heating control layer removing step of removing the formed heating control layer from the substrate is provided.

また、本発明に係る半導体装置は、上記発明に係る方法によって製造した半導体装置であって、互いに厚さが異なる半導体層を有する複数の半導体素子を備えることを特徴とする。   A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device manufactured by the method according to the above invention, and includes a plurality of semiconductor elements having semiconductor layers having different thicknesses.

また、本発明に係る半導体装置は、上記発明に係る方法によって製造した半導体装置であって、互いに光吸収ピーク波長が異なる半導体層を有する複数の半導体素子を備えることを特徴とする。   A semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device manufactured by the method according to the above invention, and includes a plurality of semiconductor elements having semiconductor layers having different light absorption peak wavelengths.

また、本発明に係る半導体装置は、上記発明に係る方法によって製造した半導体装置であって、互いに利得ピーク波長が異なる半導体活性層を有する複数の半導体素子を備える。   The semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device manufactured by the method according to the present invention, and includes a plurality of semiconductor elements having semiconductor active layers having different gain peak wavelengths.

本発明によれば、基板に熱輻射量または熱伝導量が互いに異なる複数の領域を有する加熱制御層を形成する加熱制御層形成工程と、前記加熱制御層を形成した基板を加熱する加熱工程とを含むので、各領域において互いに異なる温度条件で加熱を行うことができるため、基板上に互いに特性が異なる複数の半導体素子を有する半導体装置を、制御性高くかつ低コストで製造することができるという効果を奏する。   According to the present invention, a heating control layer forming step of forming a heating control layer having a plurality of regions having different amounts of heat radiation or heat conduction on the substrate, and a heating step of heating the substrate on which the heating control layer is formed, Since each region can be heated under different temperature conditions, a semiconductor device having a plurality of semiconductor elements having different characteristics on a substrate can be manufactured with high controllability and low cost. There is an effect.

以下に、図面を参照して本発明に係る半導体装置の製造方法および半導体装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

(実施の形態1)
はじめに、本発明の実施の形態1に係る半導体装置について説明する。本実施の形態1に係る半導体装置は、面発光レーザ素子を用いた多波長レーザ素子である。
(Embodiment 1)
First, the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described. The semiconductor device according to the first embodiment is a multi-wavelength laser element using a surface emitting laser element.

図1は、本実施の形態1に係る多波長レーザ素子を模式的に表した断面概略図である。図1に示すように、本実施の形態1に係る多波長レーザ素子100は、面発光レーザ素子VCSELaとVCSELbとを備える。以下、具体的に説明する。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing the multi-wavelength laser element according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the multiwavelength laser element 100 according to the first embodiment includes surface emitting laser elements VCSELa and VCSELb. This will be specifically described below.

多波長レーザ素子100において、半導体基板であるn−GaAs基板1の下面に加熱制御層2が形成されている。加熱制御層2は、矩形の領域Aa、Abにおいて、互いに輻射熱の反射量が異なることによって熱輻射量が異なる部分2a、2bを有する。また、n−GaAs基板1の上面には、領域Aa、Abにわたって、多層膜反射鏡であるn−DBR(Distributed Bragg Reflector)ミラー3が形成されている。   In the multi-wavelength laser element 100, a heating control layer 2 is formed on the lower surface of an n-GaAs substrate 1 which is a semiconductor substrate. The heating control layer 2 includes portions 2a and 2b having different heat radiation amounts due to different reflection amounts of radiation heat in the rectangular regions Aa and Ab. An n-DBR (Distributed Bragg Reflector) mirror 3 that is a multilayer film reflecting mirror is formed on the upper surface of the n-GaAs substrate 1 over the regions Aa and Ab.

また、領域Aaにおいては、n−DBRミラー3上に、n−GaAsクラッド層4a、多重量子井戸構造を有する活性層5a、p−GaAsクラッド層6a、電流狭窄層7a、p−DBRミラー8aが順次積層し、n−DBRミラー3とp−DBRミラー8aとによって光共振器を構成している。同様に、領域Abにおいては、n−DBRミラー3上に、n−GaAsクラッド層4b、多重量子井戸構造を有する活性層5b、p−GaAsクラッド層6b、電流狭窄層7b、p−DBRミラー8bが順次積層し、n−DBRミラー3とp−DBRミラー8bとによって光共振器を構成している。n−GaAsクラッド層4aからp−DBRミラー8aまで、およびn−GaAsクラッド層4bからp−DBRミラー8bまではそれぞれメサポスト構造を有し、各メサポスト構造の周囲にはSiNからなる絶縁膜9が形成されている。また、p−DBRミラー8a、8bの上面には開口部を有するp側電極10a、10bがそれぞれ形成され、加熱制御層2の下面には領域Aa、Abにわたってn側電極11が形成されている。   In the region Aa, an n-GaAs cladding layer 4a, an active layer 5a having a multiple quantum well structure, a p-GaAs cladding layer 6a, a current confinement layer 7a, and a p-DBR mirror 8a are formed on the n-DBR mirror 3. The n-DBR mirror 3 and the p-DBR mirror 8a are sequentially stacked to constitute an optical resonator. Similarly, in the region Ab, on the n-DBR mirror 3, an n-GaAs cladding layer 4b, an active layer 5b having a multiple quantum well structure, a p-GaAs cladding layer 6b, a current confinement layer 7b, and a p-DBR mirror 8b. Are sequentially stacked, and the n-DBR mirror 3 and the p-DBR mirror 8b constitute an optical resonator. The n-GaAs cladding layer 4a to the p-DBR mirror 8a and the n-GaAs cladding layer 4b to the p-DBR mirror 8b each have a mesa post structure, and an insulating film 9 made of SiN is formed around each mesa post structure. Is formed. Further, p-side electrodes 10a and 10b having openings are formed on the upper surfaces of the p-DBR mirrors 8a and 8b, respectively, and an n-side electrode 11 is formed on the lower surface of the heating control layer 2 over the regions Aa and Ab. .

ここで、図1に示すように、n−GaAsクラッド層4aとn−GaAsクラッド層4bとは厚さが互いに異なるので、面発光レーザ素子VCSELa、VCSELbは共振器長が互いに異なる。その結果、面発光レーザ素子VCSELa、VCSELbは、発振波長が互いに異なるレーザ光La、Lbをそれぞれ出力する。なお、発振波長は各光共振器の共振器長と同じになるので、所望の発振波長を実現するように各半導体層の層厚を調整する。La、Lbの波長は、たとえば、それぞれ1280nm、1300nmである。   Here, as shown in FIG. 1, since the n-GaAs cladding layer 4a and the n-GaAs cladding layer 4b have different thicknesses, the surface emitting laser elements VCSELa and VCSELb have different resonator lengths. As a result, the surface emitting laser elements VCSELa and VCSELb respectively output laser beams La and Lb having different oscillation wavelengths. Since the oscillation wavelength is the same as the resonator length of each optical resonator, the layer thickness of each semiconductor layer is adjusted so as to realize a desired oscillation wavelength. The wavelengths of La and Lb are, for example, 1280 nm and 1300 nm, respectively.

図2は、加熱制御層2を模式的に表した平面概略図である。図2に示すように、加熱制御層2の部分2a、2bは、Cr、Tiなどの金属膜が形成された充填部Fと空白部Bとからなる矩形のパターンを有している。部分2a、2bは充填部Fと空白部Bとの面積比が互いに異なるようにパターンが形成されており、輻射熱の反射量が互い異なるものとなっている。このような均等に分割された矩形のパターンであれば、充填部Fと空白部Bとの面積比を容易に所望の値にでき、輻射熱の反射量を制御しやすくなる。なお、充填部Fは、金属膜の代わりにSiO2、TiO2、SiN、MgF、Al23、TiN、AlNSiO2などからなる誘電体膜あるいは誘電体多層膜などでもよい。 FIG. 2 is a schematic plan view schematically showing the heating control layer 2. As shown in FIG. 2, the portions 2 a and 2 b of the heating control layer 2 have a rectangular pattern including a filling portion F and a blank portion B on which a metal film such as Cr or Ti is formed. The portions 2a and 2b have patterns formed so that the area ratios of the filling portion F and the blank portion B are different from each other, and the amounts of reflection of radiant heat are different from each other. With such an equally divided rectangular pattern, the area ratio between the filling portion F and the blank portion B can be easily set to a desired value, and the amount of reflected radiant heat can be easily controlled. The filling portion F may be a dielectric film or a dielectric multilayer film made of SiO 2 , TiO 2 , SiN, MgF, Al 2 O 3 , TiN, AlNSiO 2 or the like instead of the metal film.

以下、多波長レーザ素子100の構成についてさらに具体的に説明する。n−GaAs基板1の表面には、表面の平滑化のためにキャリア濃度が1×1018cm-3のn−GaAsバッファ層が0.1μmの厚さで積層している。また、この多波長レーザ素子100の発振波長を1300nm、各構成材料の屈折率をnとすると、n−DBRミラー3は、層厚がそれぞれλ/4nのn型Al0.9Ga0.1As層とn型GaAs層とを1ペアとする多層膜が、35.5ぺア積層したものである。また、p−DBRミラー8a、8bは、層厚がそれぞれλ/4nのp型Al0.9Ga0.1As層とp型GaAs層とを1ペアとする多層膜が、23ぺア積層したものである。 Hereinafter, the configuration of the multi-wavelength laser element 100 will be described more specifically. On the surface of the n-GaAs substrate 1, an n-GaAs buffer layer having a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 is laminated with a thickness of 0.1 μm for smoothing the surface. Further, when the oscillation wavelength of the multi-wavelength laser element 100 is 1300 nm and the refractive index of each constituent material is n, the n-DBR mirror 3 has an n-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and an n-type layer each having a layer thickness of λ / 4n. A multilayer film having a pair of a type GaAs layer and 35.5 pairs is laminated. The p-DBR mirrors 8a and 8b are formed by stacking 23 pairs of multilayer films each having a pair of a p-type Al 0.9 Ga 0.1 As layer and a p-type GaAs layer having a layer thickness of λ / 4n. .

一方、活性層5a、5bは、それぞれGaIn0.370.01Asからなる量子井戸層と、GaAsからなる障壁層とが交互に積層されて構成されている。また、電流狭窄層7a、7bは、層厚が15nmであって、選択酸化によって形成した酸化アルミニウムからなる選択酸化部7ab、7bbと、選択酸化部7abまたは7bbの中央に位置し、p−Al0.98GaAsからなる円板状の電流狭窄部7aa、7baを有する。この電流狭窄層7a、7bは、p側電極10a、10bおよびn側電極11に電圧を印加することによって供給される電流の経路を制限し、電流密度を高める。 On the other hand, each of the active layers 5a and 5b is configured by alternately stacking quantum well layers made of GaIn 0.37 N 0.01 As and barrier layers made of GaAs. The current confinement layers 7a and 7b have a layer thickness of 15 nm and are located at the center of the selective oxidation portions 7ab and 7bb made of aluminum oxide formed by selective oxidation and the selective oxidation portions 7ab or 7bb, and p-Al It has disk-shaped current confinement portions 7aa and 7ba made of 0.98 GaAs. The current confinement layers 7a and 7b limit the path of current supplied by applying a voltage to the p-side electrodes 10a and 10b and the n-side electrode 11, and increase the current density.

つぎに、本実施の形態1に係る多波長レーザ素子100の製造方法について図3〜5を参照して説明する。まず、図3に示すように、n−GaAs基板1の下面に、上述のパターンを有する加熱制御層2を形成する。つぎに、ヒータHが発する赤外線の輻射熱によってn−GaAs基板1を輻射加熱しながら、たとえば分子線ビームエピタキシー(MBE)法、ガスソースMBE法、化学的分子線ビームエピタキシー(CBE)法のいずれかによって、n−DBRミラー3、n−GaAsクラッド層4を順次エピタキシャル成長させる。ここで、加熱制御層2が上述のパターンを有するので、n−GaAs基板1は、熱輻射によって領域Aa、Abにおいて反射量に応じた互いに異なる温度に加熱される。なお、このエピタキシャル成長の際には、n−GaAs基板1の温度が約550〜700℃程度となるように加熱する。この温度範囲であれば、領域Aa、Abにおいて温度差があっても、n−DBRミラー3、n−GaAsクラッド層4の成長速度はほぼ同一であり、一様な厚さに形成される。   Next, a method for manufacturing the multi-wavelength laser element 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 3, the heating control layer 2 having the above-described pattern is formed on the lower surface of the n-GaAs substrate 1. Next, any one of the molecular beam epitaxy (MBE) method, the gas source MBE method, the chemical molecular beam epitaxy (CBE) method, for example, while the n-GaAs substrate 1 is radiantly heated by the radiant heat of infrared rays generated by the heater H. Thus, the n-DBR mirror 3 and the n-GaAs cladding layer 4 are sequentially epitaxially grown. Here, since the heating control layer 2 has the above-described pattern, the n-GaAs substrate 1 is heated to different temperatures according to the amount of reflection in the regions Aa and Ab by thermal radiation. In this epitaxial growth, the n-GaAs substrate 1 is heated so that the temperature is about 550 to 700 ° C. Within this temperature range, even if there is a temperature difference between the regions Aa and Ab, the growth rates of the n-DBR mirror 3 and the n-GaAs cladding layer 4 are substantially the same and are formed to have a uniform thickness.

つぎに、図4に示すように、Asビーム照射下で、n−GaAs基板1の温度が約700〜800℃になるように加熱し、n−GaAsクラッド層4を表面から熱エッチングする。このとき、加熱制御層2が上述のパターンを有するので、n−GaAs基板1は領域Aaに対応する部分1aが、領域Abに対応する部分1bよりも高温となる。その結果、n−GaAsクラッド層4は、領域Aaにおいて領域Abよりもエッチングレートが速くなるので、エッチング量が多くなり、互いに異なる厚さを有するn−GaAsクラッド層4a、4bが形成される。すなわち、加熱制御層2のパターンを適宜設計することによって、n−GaAs基板1の部分1a、1bの温度を制御して最適なエッチングレートとできるので、領域Aa、Abの面積が小さく、素子の集積度が高くても、n−GaAsクラッド層4a、4bの厚さを正確に制御することができ、その結果、面発光レーザ素子VCSELa、VCSELbの発振波長を正確に制御できる。   Next, as shown in FIG. 4, under the As beam irradiation, the n-GaAs substrate 1 is heated to a temperature of about 700 to 800 ° C., and the n-GaAs cladding layer 4 is thermally etched from the surface. At this time, since the heating control layer 2 has the above-described pattern, the portion 1a corresponding to the region Aa of the n-GaAs substrate 1 has a higher temperature than the portion 1b corresponding to the region Ab. As a result, the n-GaAs cladding layer 4 has a higher etching rate in the region Aa than in the region Ab, so that the etching amount is increased, and n-GaAs cladding layers 4a and 4b having different thicknesses are formed. That is, by appropriately designing the pattern of the heating control layer 2, the temperature of the portions 1a and 1b of the n-GaAs substrate 1 can be controlled to achieve an optimum etching rate, so that the areas of the regions Aa and Ab are small, Even if the degree of integration is high, the thicknesses of the n-GaAs cladding layers 4a and 4b can be accurately controlled. As a result, the oscillation wavelengths of the surface emitting laser elements VCSELa and VCSELb can be accurately controlled.

その後、図5に示すように、再びn−GaAs基板1の温度が約550〜700℃程度となるように加熱しながら、活性層5、p−GaAsクラッド層6、p−Al0.98GaAsからなる電流狭窄層7、p−DBRミラー8を、それぞれ一様な厚さで順次エピタキシャル成長させる。 Thereafter, as shown in FIG. 5, the n-GaAs substrate 1 is heated again so as to have a temperature of about 550 to 700 ° C., and is composed of the active layer 5, the p-GaAs cladding layer 6, and p-Al 0.98 GaAs. The current confinement layer 7 and the p-DBR mirror 8 are sequentially epitaxially grown with a uniform thickness.

その後、プラズマCVD法によって、p−DBRミラー8の成長表面にSiN膜を成膜し、直径約30μmの円形パターンをフォトレジストによるフォトリソグラフィ技術を用いて転写する。この転写された円形レジストマスクを用いて、SiN膜を、CF4ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)法でエッチングする。さらに、塩素ガスを用いた反応性イオンビームエッチング(RIBE)法によってn−DBRミラー3に到達するまでエッチングし、直径約30μmの柱状構造のメサポストを領域Aa、Abにそれぞれ形成する。なお、RIBE法によるエッチング深さは、n−DBRミラー3内で停止させるようにする。 Thereafter, a SiN film is formed on the growth surface of the p-DBR mirror 8 by plasma CVD, and a circular pattern having a diameter of about 30 μm is transferred using a photolithographic technique using a photoresist. Using this transferred circular resist mask, the SiN film is etched by reactive ion etching (RIE) using CF 4 gas. Further, etching is performed by a reactive ion beam etching (RIBE) method using chlorine gas until the n-DBR mirror 3 is reached, and columnar structure mesa posts having a diameter of about 30 μm are formed in the regions Aa and Ab, respectively. Note that the etching depth by the RIBE method is stopped in the n-DBR mirror 3.

つぎに、この状態で、水蒸気雰囲気中で400℃に加熱し、放置することによって選択酸化を行い、電流狭窄層7a、7bに選択酸化部7ab、7bbと電流狭窄部7aa、7baを形成する。なお、電流狭窄部7aa、7baは直径3〜10μmであり、たとえば6μmとなる。その後、RIE法によってSiN膜を完全に除去した後に、再びSiN膜を積層し、p側電極10a、10bに対応する領域のSiN膜を除去することによって絶縁膜9を形成した後、Ti/Pt/Auからなるリング形状のp側電極10a、10bを形成する。そして、n−GaAs基板1の下面にAuGeNi/Auからなるn側電極11を形成し、素子ごとに分離して、多波長レーザ素子100が完成する。   Next, in this state, it is heated to 400 ° C. in a water vapor atmosphere and left to stand for selective oxidation to form selective oxidation portions 7ab and 7bb and current confinement portions 7aa and 7ba in the current confinement layers 7a and 7b. The current confinement portions 7aa and 7ba have a diameter of 3 to 10 μm, for example, 6 μm. Thereafter, the SiN film is completely removed by the RIE method, and then the SiN film is laminated again, and the insulating film 9 is formed by removing the SiN film in the region corresponding to the p-side electrodes 10a and 10b, and then Ti / Pt Ring-shaped p-side electrodes 10a and 10b made of / Au are formed. Then, an n-side electrode 11 made of AuGeNi / Au is formed on the lower surface of the n-GaAs substrate 1 and separated for each element, whereby the multi-wavelength laser element 100 is completed.

なお、上記の製造方法によれば、n−GaAs基板1を容易に大型化できるので、多波長レーザ素子100の製造コストを容易に低下させることができる。   In addition, according to said manufacturing method, since the n-GaAs board | substrate 1 can be enlarged easily, the manufacturing cost of the multiwavelength laser element 100 can be reduced easily.

以上説明したように、本実施の形態1によれば、良好に制御された発振波長を有する面発光レーザ素子を用いた多波長レーザ素子を、集積度高くかつ低コストで製造することができる。   As described above, according to the first embodiment, a multi-wavelength laser element using a surface emitting laser element having a well-controlled oscillation wavelength can be manufactured with high integration and low cost.

なお、本実施の形態1において、p−GaAsクラッド層6についても熱エッチングを行って厚さを調整し、面発光レーザ素子VCSELa、VCSELbにおいて各活性層5a、5bが各光共振器の中央位置となるようにすれば、活性層5a、5bへの光閉じ込め係数を高めることができ、各面発光レーザ素子VCSELa、VCSELbの閾値電流を低下させることができる。   In the first embodiment, the p-GaAs cladding layer 6 is also subjected to thermal etching to adjust its thickness, and in the surface emitting laser elements VCSELa and VCSELb, the active layers 5a and 5b are located at the center positions of the optical resonators. As a result, the optical confinement factor in the active layers 5a and 5b can be increased, and the threshold currents of the surface emitting laser elements VCSELa and VCSELb can be reduced.

また、選択酸化を行う際に、処理温度を調整してメサごとに電流狭窄層7a、7bの酸化速度を変化させれば、電流狭窄部7aa、7baの直径、すなわちアパーチャ径の異なる面発光レーザ素子を同一基板上に製造できる。   Further, when performing selective oxidation, if the processing temperature is adjusted to change the oxidation rate of the current confinement layers 7a and 7b for each mesa, surface emitting lasers having different diameters of the current confinement portions 7aa and 7ba, that is, different aperture diameters. Elements can be manufactured on the same substrate.

また、加熱制御層2は、輻射熱の反射量が互いに異なる部分2a、2bを有していたが、たとえば図6に示すような、互いに輻射熱の反射量が互いに異なる他の矩形の部分2c、2d、2e、2fを有していてもよい。この部分2c〜2fは、充填部Fと空白部Bとの面積比が互いに異なるようにパターンが形成されており、上述したように、熱エッチングの際に、対応する各領域Ac〜Afにおいて互いに異なる厚さを有するn−GaAsクラッド層を形成できるので、互いに異なる共振器長の光共振器を形成できる。その結果、各領域Ac〜Afに、発振波長が互いに異なる面発光レーザ素子を形成できる。   Further, the heating control layer 2 has the portions 2a and 2b having different radiant heat reflection amounts. However, for example, as shown in FIG. 6, other rectangular portions 2c and 2d having mutually different radiant heat reflection amounts. 2e, 2f. The portions 2c to 2f are formed with patterns so that the area ratios of the filling portion F and the blank portion B are different from each other. As described above, in the thermal etching, the corresponding regions Ac to Af Since n-GaAs cladding layers having different thicknesses can be formed, optical resonators having different resonator lengths can be formed. As a result, surface emitting laser elements having different oscillation wavelengths can be formed in the regions Ac to Af.

(実施の形態2)
つぎ、本発明の実施の形態2に係る半導体装置について説明する。本実施の形態2に係る半導体装置は、ファブリーペローレーザ素子を用いた多波長レーザ素子である。
(Embodiment 2)
Next, a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. The semiconductor device according to the second embodiment is a multi-wavelength laser element using a Fabry-Perot laser element.

図7は、本実施の形態2に係る多波長レーザ素子を模式的に表した斜視概略図である。図7に示すように、本実施の形態2に係る多波長レーザ素子200は、ファブリーペローレーザ素子FPLg、FPLh、FPLiを備える。以下、具体的に説明する。   FIG. 7 is a schematic perspective view schematically showing the multi-wavelength laser element according to the second embodiment. As shown in FIG. 7, the multiwavelength laser element 200 according to the second embodiment includes Fabry-Perot laser elements FPLg, FPLh, and FPLi. This will be specifically described below.

多波長レーザ素子200において、半導体基板であるn−GaAs基板12の下面に、加熱制御層13が形成されている。加熱制御層2は、実施の形態1と同様に、矩形の領域Ag、Ah、Aiにおいて、図2、図6に示すいずれかのパターンを有し、互いに輻射熱の反射量が異なることによって熱輻射量が異なる部分13g、13h、13iを備える。また、n−GaAs基板12の上面には、領域Ag〜Aiにわたって、下部クラッドを兼ねるn−AlGaAsクラッド層14が形成されている。   In the multi-wavelength laser element 200, a heating control layer 13 is formed on the lower surface of an n-GaAs substrate 12 that is a semiconductor substrate. As in the first embodiment, the heating control layer 2 has one of the patterns shown in FIGS. 2 and 6 in the rectangular regions Ag, Ah, and Ai, and the heat radiation is different due to the difference in the amount of reflected radiant heat. It includes portions 13g, 13h, and 13i having different amounts. An n-AlGaAs cladding layer 14 that also serves as a lower cladding is formed on the upper surface of the n-GaAs substrate 12 over the regions Ag to Ai.

また、領域Agにおいては、n−AlGaAsクラッド層14上に、組成を連続的に変化させた下部GaAs−SCH(Separate Confinement Heterostructure)層15g、GaInNAs(Sb)活性層16g、上部GaAs−SCH層17g、p−AlGaAsクラッド層18gが順次積層している。また、p−AlGaAsクラッド層18gの上面に、p−AlGaAsクラッド層19g、n-GaAs層にn−AlGaAs層が積層された電流ブロッキング層20gが形成されている。さらに、p−AlGaAsクラッド層19gと電流ブロッキング層20gとの上面に、p−AlGaAsクラッド層21g、p−GaAsコンタクト層22gが積層し、全体としてメサストライプ構造を有している。   In the region Ag, the lower GaAs-SCH (Separate Confinement Heterostructure) layer 15 g, the GaInNAs (Sb) active layer 16 g, and the upper GaAs-SCH layer 17 g whose composition is continuously changed are formed on the n-AlGaAs cladding layer 14. The p-AlGaAs cladding layer 18g is sequentially laminated. A p-AlGaAs cladding layer 19g is formed on the upper surface of the p-AlGaAs cladding layer 18g, and a current blocking layer 20g in which an n-AlGaAs layer is stacked on the n-GaAs layer is formed. Further, a p-AlGaAs cladding layer 21g and a p-GaAs contact layer 22g are laminated on the upper surfaces of the p-AlGaAs cladding layer 19g and the current blocking layer 20g, and have a mesa stripe structure as a whole.

同様に、領域Ahには、n−AlGaAsクラッド層14上に、下部GaAs−SCH層15h、GaInNAs(Sb)活性層16h、上部GaAs−SCH層17h、p−AlGaAsクラッド層18h、p−AlGaAsクラッド層19h、電流ブロッキング層20h、p−AlGaAsクラッド層21h、p−GaAsコンタクト層22hが積層している。また、同様に、領域Aiには、n−AlGaAsクラッド層14上に、下部GaAs−SCH層15i、GaInNAs(Sb)活性層16i、上部GaAs−SCH層17i、p−AlGaAsクラッド層18i、p−AlGaAsクラッド層19i、電流ブロッキング層20i、p−AlGaAsクラッド層21i、p−GaAsコンタクト層22iが積層している。   Similarly, in the region Ah, on the n-AlGaAs cladding layer 14, a lower GaAs-SCH layer 15h, a GaInNAs (Sb) active layer 16h, an upper GaAs-SCH layer 17h, a p-AlGaAs cladding layer 18h, a p-AlGaAs cladding. A layer 19h, a current blocking layer 20h, a p-AlGaAs cladding layer 21h, and a p-GaAs contact layer 22h are laminated. Similarly, in the region Ai, the lower GaAs-SCH layer 15i, the GaInNAs (Sb) active layer 16i, the upper GaAs-SCH layer 17i, the p-AlGaAs cladding layer 18i, p- An AlGaAs cladding layer 19i, a current blocking layer 20i, a p-AlGaAs cladding layer 21i, and a p-GaAs contact layer 22i are laminated.

また、各メサストライプ構造は、周囲にSiNからなる絶縁膜23が形成されており、かつトレンチ溝Tで分離されている。また、絶縁膜23はp−GaAsコンタクト層22g〜22i上に開口部を有しており、これらの開口部にp側電極24g、24h、24iがそれぞれ形成されている。また、加熱制御層13の下面には領域Ag〜Aiにわたってn側電極25が形成されている。また、各メサストライプ構造の後端面BSには反射率が99%の反射膜HRが形成され、前端面FSには不図示の反射防止膜が形成されている。すなわち、領域Ag〜Aiにそれぞれファブリーペローレーザ素子FPLg、FPLh、FPLiが形成されている。   In addition, each mesa stripe structure is formed with an insulating film 23 made of SiN around it and separated by a trench groove T. The insulating film 23 has openings on the p-GaAs contact layers 22g to 22i, and p-side electrodes 24g, 24h, and 24i are formed in these openings, respectively. An n-side electrode 25 is formed on the lower surface of the heating control layer 13 over the regions Ag to Ai. Further, a reflective film HR having a reflectance of 99% is formed on the rear end surface BS of each mesa stripe structure, and an antireflection film (not shown) is formed on the front end surface FS. That is, Fabry-Perot laser elements FPLg, FPLh, and FPLi are formed in the regions Ag to Ai, respectively.

ファブリーペローレーザ素子FPLg〜FPLiは、各GaInNAs(Sb)活性層16g〜16iが互いにピーク波長が異なる利得スペクトルを有しており、波長が互いに異なるレーザ光を前端面FSからそれぞれ出力する。これらのレーザ光の波長は、たとえば、それぞれ1280nm、1300nm、1320nmである。以下、この多波長レーザ素子200の製造方法とともに、図8〜10を参照して具体的に説明する。なお、以下では、説明の便宜上、たとえば下部GaAs−SCH層15g〜15i等をトレンチ溝Tによって分離する前の各層を、下部GaAs−SCH層15等と表記する。   In the Fabry-Perot laser elements FPLg to FPLi, the GaInNAs (Sb) active layers 16g to 16i have gain spectra having different peak wavelengths, and output laser beams having different wavelengths from the front end face FS. The wavelengths of these laser beams are, for example, 1280 nm, 1300 nm, and 1320 nm, respectively. Hereinafter, the manufacturing method of the multi-wavelength laser element 200 will be specifically described with reference to FIGS. In the following, for convenience of explanation, for example, each layer before the lower GaAs-SCH layers 15g to 15i are separated by the trench groove T will be referred to as a lower GaAs-SCH layer 15 or the like.

まず、実施の形態1と同様に、MBE法などで、n−GaAs基板12上に、n−AlGaAsクラッド層14、下部GaAs−SCH層15、GaInNAs(Sb)活性層16、上部GaAs−SCH層17、p−AlGaAsクラッド層18を順次エピタキシャル成長させた後、加熱制御層13を形成する。なお、このエピタキシャル成長の際には、実施の形態1と同様に、n−GaAs基板12の温度が約550〜700℃程度となるように加熱し、各領域Ag〜Aiにおいて、n−AlGaAsクラッド層14からp−AlGaAsクラッド層18までをそれぞれ一様な厚さに形成する。   First, as in the first embodiment, an MBE method or the like is used to form an n-AlGaAs cladding layer 14, a lower GaAs-SCH layer 15, a GaInNAs (Sb) active layer 16, an upper GaAs-SCH layer on an n-GaAs substrate 12. 17, The p-AlGaAs cladding layer 18 is epitaxially grown sequentially, and then the heating control layer 13 is formed. In this epitaxial growth, as in the first embodiment, the n-GaAs substrate 12 is heated to a temperature of about 550 to 700 ° C., and the n-AlGaAs cladding layer is formed in each region Ag to Ai. 14 to the p-AlGaAs cladding layer 18 are formed to have a uniform thickness.

図9は、上述のエピタキシャル成長をさせた後のGaInNAs(Sb)活性層16の井戸型ポテンシャルを示す図である。縦軸はエネルギーhνであり、符号Wg、Wh、Wiはそれぞれ領域Ag、Ah、AiにおけるGaInNAs(Sb)活性層16の井戸型ポテンシャルを示し、符号Ug、Uh、Uiは導電帯の井戸型ポテンシャル、符号Lg、Lh、Liは価電子帯の井戸型ポテンシャルを示す。このとき、GaInNAs(Sb)活性層16のバンドギャップエネルギーは、領域Ag〜Aiのいずれにおいてもhν0である。なお、hはプランク定数、ν、ν0周波数である。 FIG. 9 is a diagram showing the well-type potential of the GaInNAs (Sb) active layer 16 after the epitaxial growth described above. The vertical axis represents the energy hν, the symbols Wg, Wh, and Wi represent the well-type potential of the GaInNAs (Sb) active layer 16 in the regions Ag, Ah, and Ai, respectively, and the symbols Ug, Uh, and Ui represent the well-type potential of the conduction band. , Lg, Lh, and Li indicate a well-type potential in the valence band. At this time, the band gap energy of the GaInNAs (Sb) active layer 16 is hν 0 in any of the regions Ag to Ai. Here, h is a Planck constant, ν, and ν 0 frequency.

ここで、n−GaAs基板12の温度が約600〜900℃になるように加熱してGaInNAs(Sb)活性層16をアニーリングし、井戸層と障壁層との間でGaとInを相互拡散させる。このとき、加熱制御層13が上述のパターンを有するので、n−GaAs基板12の温度は領域Agにおいて最も高く、領域Aiにおいて最も低くなる。その結果、領域Ag、Ah、AiにおいてGaInNAs(Sb)活性層16に互いに異なる程度の相互拡散が発生し、図10に示すように、井戸型ポテンシャルWg〜Wiが互いに異なる形状のGaInNAs(Sb)活性層16g、16h、16iとなる。したがって、各井戸型ポテンシャルWg〜Wiにおけるバンドギャップエネルギーも互いに異なる値hνg、hνh、hνiとなり、GaInNAs(Sb)活性層16g、16h、16iは、互いにピーク波長が異なる利得スペクトルを有するものとなる。すなわち、加熱制御層13のパターンを適宜設計することによって、n−GaAs基板12の各領域Ag〜Aiの面積が小さく、素子の集積度が高くても、温度を制御して最適な程度の相互拡散を発生させることができるので、GaInNAs(Sb)活性層16g〜16iの利得のピーク波長を正確に制御できる。 Here, the GaInNAs (Sb) active layer 16 is annealed by heating so that the temperature of the n-GaAs substrate 12 becomes about 600 to 900 ° C., and Ga and In are diffused between the well layer and the barrier layer. . At this time, since the heating control layer 13 has the above pattern, the temperature of the n-GaAs substrate 12 is highest in the region Ag and lowest in the region Ai. As a result, different extents of mutual diffusion occur in the GaInNAs (Sb) active layer 16 in the regions Ag, Ah, and Ai, and GaInNAs (Sb) having different well-type potentials Wg to Wi as shown in FIG. The active layers 16g, 16h, and 16i are formed. Therefore, the band gap energies in the well-type potentials Wg to Wi are also different from each other, hν g , hν h , and hν i , and the GaInNAs (Sb) active layers 16g, 16h, and 16i have gain spectra having different peak wavelengths. It becomes. In other words, by appropriately designing the pattern of the heating control layer 13, even if the area of each region Ag to Ai of the n-GaAs substrate 12 is small and the degree of integration of the elements is high, the temperature is controlled to achieve an optimum degree of mutual interaction. Since diffusion can occur, the peak wavelength of the gain of the GaInNAs (Sb) active layers 16g to 16i can be accurately controlled.

その後、p−AlGaAsクラッド層18上に、n−GaAs層およびn−AlGaAs層をエピタキシャル成長させた後、p−AlGaAsクラッド層19g〜19iが形成される以外の部分をホトレジストで覆い、ホトレジストをマスクとしてn−AlGaAs層およびn−GaAs層を選択エッチングする。この際電流ブロッキング層20の一部を形成するn−GaAs層がわずかにp−AlGaAsクラッド層18上に残される。   Thereafter, an n-GaAs layer and an n-AlGaAs layer are epitaxially grown on the p-AlGaAs cladding layer 18, and the portions other than the p-AlGaAs cladding layers 19g to 19i are covered with a photoresist, and the photoresist is used as a mask. The n-AlGaAs layer and the n-GaAs layer are selectively etched. At this time, an n-GaAs layer forming a part of the current blocking layer 20 is left slightly on the p-AlGaAs cladding layer 18.

続いて、ホトレジストを除去し、MBE装置内にてAs分子線を照射しながら650〜800℃に加熱する。この処理によって残っていたn−GaAs層が蒸発し、p−AlGaAsクラッド層18が露出する。なお、この処理では、GaAs層が選択的に蒸発し、AlGaAs層は蒸発しないため、電流ブロッキング層20では、表面のn−AlGaAs層が蒸発を防ぎ、p−AlGaAsクラッド層18も蒸発しない。このn−GaAs層を除去する熱処理と、前述の井戸層と障壁層との間でGaとInを相互拡散させるための活性層のアニーリングの熱処理は同時におこなってもよい。   Subsequently, the photoresist is removed and heated to 650-800 ° C. while irradiating As molecular beam in the MBE apparatus. The remaining n-GaAs layer is evaporated by this treatment, and the p-AlGaAs cladding layer 18 is exposed. In this process, the GaAs layer selectively evaporates and the AlGaAs layer does not evaporate. Therefore, in the current blocking layer 20, the n-AlGaAs layer on the surface prevents evaporation, and the p-AlGaAs cladding layer 18 does not evaporate. The heat treatment for removing the n-GaAs layer and the heat treatment for annealing the active layer for interdiffusing Ga and In between the well layer and the barrier layer may be performed simultaneously.

つぎに、p−AlGaAsクラッド層19g〜19iをエピタキシャル成長させ、さらに、p−AlGaAsクラッド層21、p−GaAsコンタクト層22を順次エピタキシャル成長させる。   Next, the p-AlGaAs cladding layers 19g to 19i are epitaxially grown, and the p-AlGaAs cladding layer 21 and the p-GaAs contact layer 22 are sequentially epitaxially grown.

つぎに、トレンチ溝Tに対応するパターンを形成し、SiN膜をマスクとしてn−AlGaAsクラッド層14の一部に到達する深さまでエッチングを行い、トレンチ溝Tを形成する。これによってファブリーペローレーザ素子FPLg〜FPLiは電気的に分離される。   Next, a pattern corresponding to the trench groove T is formed, and etching is performed to a depth reaching a part of the n-AlGaAs cladding layer 14 using the SiN film as a mask to form the trench groove T. Thus, Fabry-Perot laser elements FPLg to FPLi are electrically separated.

つぎに、SiN膜のマスクを除去した後、全面に再びSiN膜を堆積し、ファブリーペローレーザ素子FPLg〜FPLiに対する開口部を形成して絶縁膜23とし、各開口部にAuZn/Auからなるp側電極24g〜24iを形成する。一方、n−GaAs基板12の下面にAuGeNi/Auからなるn側電極25を形成する。   Next, after removing the mask of the SiN film, an SiN film is deposited again on the entire surface, and openings for the Fabry-Perot laser elements FPLg to FPLi are formed to form the insulating film 23, and each opening is made of pnZn made of AuZn / Au. Side electrodes 24g to 24i are formed. On the other hand, an n-side electrode 25 made of AuGeNi / Au is formed on the lower surface of the n-GaAs substrate 12.

最後に、ファブリーペローレーザ素子FPLg〜FPLiの後端面BSに反射膜HRを形成し、前端面FSに不図示の反射防止膜を形成した後、素子ごとに分離して、多波長レーザ素子200が完成する。なお、実施の形態1と同様に、上記の製造方法によれば、基板を容易に大型化できるので、多波長レーザ素子100の製造コストを容易に低下させることができる。   Finally, after forming a reflection film HR on the rear end face BS of the Fabry-Perot laser elements FPLg to FPLi and forming an antireflection film (not shown) on the front end face FS, the multi-wavelength laser element 200 is separated for each element. Complete. Similar to the first embodiment, according to the above manufacturing method, the substrate can be easily enlarged, and thus the manufacturing cost of the multi-wavelength laser element 100 can be easily reduced.

以上説明したように、本実施の形態2によれば、良好に制御された発振波長を有するファブリーペローレーザ素子を用いた多波長レーザ素子を、集積度高くかつ低コストで製造することができる。   As described above, according to the second embodiment, a multi-wavelength laser element using a Fabry-Perot laser element having a well-controlled oscillation wavelength can be manufactured with high integration and low cost.

なお、上記実施の形態1において、実施の形態2と同様に、活性層5a、5bのアニーリングを行って、利得スペクトルを互いに異なるものとしてもよい。   In the first embodiment, similarly to the second embodiment, the active layers 5a and 5b may be annealed to have different gain spectra.

また、上記実施の形態1、2において、加熱制御層2、13については、たとえばn側電極11、25を形成する前に、n−GaAs基板1、12の下面を研磨して除去してもよい。   In the first and second embodiments, the heat control layers 2 and 13 may be removed by polishing the lower surfaces of the n-GaAs substrates 1 and 12 before forming the n-side electrodes 11 and 25, for example. Good.

また、上記実施の形態1、2では、MBE法等を用いて半導体層を成長させていたが、有機金属気相成長(MOCVD)法を用いることもできる。この場合、ヒータは、n−GaAs基板1、12の加熱制御層2、13が形成された下面に密着して配置され、熱伝導によってn−GaAs基板1、12を加熱するが、加熱制御層2、13は、各部分2a、2b、または各部分13g〜13iにおいて異なるパターンが形成されており、互いに異なる熱伝導量を有するので、各領域Aa、Ab、または各領域Ag〜Aiは互いに異なる温度となる。   In the first and second embodiments, the semiconductor layer is grown using the MBE method or the like, but a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method can also be used. In this case, the heater is disposed in close contact with the lower surface of the n-GaAs substrates 1 and 12 on which the heating control layers 2 and 13 are formed, and heats the n-GaAs substrates 1 and 12 by heat conduction. 2 and 13 have different patterns formed in the respective portions 2a and 2b or the respective portions 13g to 13i, and have different heat conduction amounts, so that the respective regions Aa and Ab or the respective regions Ag to Ai are different from each other. It becomes temperature.

また、加熱制御層のパターンは、上記実施の形態1、2のように矩形に限られない。図11は、加熱制御層の別の一例を示す平面概略図である。図11に示すように、この加熱制御層26の部分26j、26kは、金属からなる波状のラインパターンLを形成したものである。形成するラインパターンLの数の増減によってラインパターンLと空白部との面積比を変えれば、加熱制御層26の部分26j、26kの熱輻射量を容易に変えることができ、かつ部分26j、26kの面内の熱輻射量の分布を均一にし易い。   Further, the pattern of the heating control layer is not limited to a rectangle as in the first and second embodiments. FIG. 11 is a schematic plan view showing another example of the heating control layer. As shown in FIG. 11, the portions 26j and 26k of the heating control layer 26 are obtained by forming a wavy line pattern L made of metal. If the area ratio between the line pattern L and the blank portion is changed by increasing or decreasing the number of line patterns L to be formed, the amount of heat radiation of the portions 26j and 26k of the heating control layer 26 can be easily changed, and the portions 26j and 26k. It is easy to make the distribution of the amount of heat radiation in the surface uniform.

また、加熱制御層は、金属などのパターンを形成して熱輻射量に差をつけたものに限らず、互いに熱輻射率が異なる材質からなる膜を各領域に均一に形成してもよい。また、各領域における熱輻射量の差は、輻射熱の吸収量に差をつけることによって実現してもよい。図12は、加熱制御層の別の一例を示す断面概略図である。図12に示すように、この加熱制御層27は、n−GaAs基板1の上面に形成したものであり、加熱制御層27の部分27l、27mは、互いに異なる種類のドーパントを添加したn−GaAsからなるものである。   Further, the heating control layer is not limited to the one in which a pattern of metal or the like is formed to make a difference in the amount of heat radiation, and a film made of a material having a different heat radiation rate may be uniformly formed in each region. The difference in the amount of heat radiation in each region may be realized by making a difference in the amount of absorbed radiant heat. FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing another example of the heating control layer. As shown in FIG. 12, the heating control layer 27 is formed on the upper surface of the n-GaAs substrate 1, and portions 27l and 27m of the heating control layer 27 are n-GaAs doped with different kinds of dopants. It consists of

図13は、加熱制御層27の部分27l、27mの透過スペクトルを示す図である。図13に示すように、部分27lは、吸収端の波長がλlであり、線Slで示される透過スペクトルを有する。一方、部分27mは、吸収端の波長がλmであり、線Smで示される透過スペクトルを有する。その結果、部分27lと部分27mとは、ヒータからの赤外線の輻射熱の吸収量が互いに異なるので、加熱した場合の温度も互いに異なるものとなり、対応する領域Al、Amにおいて、異なる温度での加熱を行うことができる。たとえば、ヒータの温度が600℃の場合に、輻射される赤外線は3.3μmを中心に1.0〜100μm程度の波長を有するが、部分27lに窒素Nを1%添加し、部分27mには何も添加しなければ、吸収端の波長は、λlが1155nm、λmが1390nmとなり、上述の赤外線の帯域において輻射熱の吸収量が互いに異なるものとなり、熱輻射量も互いに異なるものとなる。   FIG. 13 is a diagram showing a transmission spectrum of the portions 27 l and 27 m of the heating control layer 27. As shown in FIG. 13, the portion 27l has a transmission spectrum indicated by a line S1 with the wavelength of the absorption edge being λ1. On the other hand, the portion 27m has a transmission spectrum indicated by a line Sm with the wavelength of the absorption edge being λm. As a result, the portion 27l and the portion 27m have different absorption amounts of infrared radiant heat from the heater, so that the temperatures when heated are also different from each other, and heating at different temperatures is performed in the corresponding regions Al and Am. It can be carried out. For example, when the heater temperature is 600 ° C., the radiated infrared rays have a wavelength of about 1.0 to 100 μm centered on 3.3 μm, but 1% nitrogen N is added to the portion 27l, and the portion 27m If nothing is added, the wavelength of the absorption edge is 1155 nm for λ1 and 1390 nm for λm, and the absorption amount of radiant heat is different from each other in the above-described infrared band, and the amount of thermal radiation is also different.

なお、上述の添加するドーパントとして、In、Sb、P、Zn、C、Mg、Si、S、Se等を用いることができる。また、互いに異なる種類のドーパントを用いずに、同一種類のドーパントを互いに異なる添加量で添加してもよい。   Note that In, Sb, P, Zn, C, Mg, Si, S, Se, or the like can be used as the dopant to be added. Further, the same kind of dopant may be added in different amounts without using different kinds of dopants.

また、加熱制御層は、基板の上面、または下面、あるいは両面に形成してもよいし、基板の内部に形成してもよい。図14は、加熱制御層を半導体基板の内部に形成した例を示す断面概略図である。図14に示すように、この加熱制御層32は、上記と同様の種類のドーパントを添加したn−GaAsからなり、n−GaAs基板31の内部に形成されている。そして、加熱制御層32の部分32n、32oは層厚が異なり、ヒータからの赤外線の輻射熱の吸収量が異なるので、加熱した場合の温度も、n−GaAs基板31の部分31n、31oを含めて互いに異なるものとなり、対応する領域An、Aoにおいて、異なる温度での加熱を行うことができる。なお、このような加熱制御層32は、イオン注入法を用いて、添加するドーパントのイオンをn−GaAs基板31に打ち込むことによって形成することができる。   The heating control layer may be formed on the upper surface, the lower surface, or both surfaces of the substrate, or may be formed inside the substrate. FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing an example in which a heat control layer is formed inside a semiconductor substrate. As shown in FIG. 14, the heating control layer 32 is made of n-GaAs to which the same kind of dopant as described above is added, and is formed inside the n-GaAs substrate 31. Since the portions 32n and 32o of the heating control layer 32 have different layer thicknesses and differ in the amount of infrared radiation heat absorbed from the heater, the temperature when heated also includes the portions 31n and 31o of the n-GaAs substrate 31. It becomes different from each other, and the corresponding regions An and Ao can be heated at different temperatures. Such a heat control layer 32 can be formed by implanting dopant ions to be added into the n-GaAs substrate 31 by using an ion implantation method.

また、本発明を適用して様々な光半導体装置を製造できる。たとえば、各領域間の基板温度差を利用して、各領域において互いに異なる成長速度で半導体層をエピタキシャル成長させることによって、各領域において互いに異なる厚さの半導体光導波路を有し、たとえば偏波特性が互いに異なる光導波路アレイを製造することができる。また、レーザ素子として、分布帰還型(DFB)レーザ素子を製造することもできる。この場合、利得ピーク波長を互いに異なるものとするとともに、これに対応して各領域におけるグレーティングの特性を互いに異なるものとしてもよい。また、ある領域にEA変調素子を形成し、それと隣接する領域にDFBレーザ素子を形成して、EA−DFBレーザ素子を形成することもできる。また、互いに発光波長が異なる発光ダイオード(LED)や互いに利得特性が異なる半導体光増幅器(SOA)素子のアレイを製造することもできる。   In addition, various optical semiconductor devices can be manufactured by applying the present invention. For example, by utilizing the substrate temperature difference between the regions, the semiconductor layers are epitaxially grown at different growth rates in the respective regions, thereby having semiconductor optical waveguides having different thicknesses in the respective regions. It is possible to manufacture optical waveguide arrays having different values. Also, a distributed feedback (DFB) laser element can be manufactured as the laser element. In this case, the gain peak wavelengths may be different from each other, and the characteristics of the grating in each region may be different from each other correspondingly. It is also possible to form an EA-DFB laser element by forming an EA modulation element in a certain region and forming a DFB laser element in a region adjacent thereto. It is also possible to manufacture an array of light emitting diodes (LEDs) having different emission wavelengths and semiconductor optical amplifier (SOA) elements having different gain characteristics.

また、基板温度によって添加されるドーパントの量が異なるような工程を利用して、各領域においてドーパント濃度が互いに異なる半導体層を形成することもできる。これによっても多波長レーザ素子を製造できる。また各領域で互いに異なる光吸収係数を有する半導体層を形成して、多波長受光素子(PD)アレイを製造できる。また、互いに異なる共振器長を有する共振器型PDアレイも製造できる。また、各領域において互いに異なるスポットサイズを有するスポットサイズコンバータアレイを製造することもできる。また、上記の各素子、およびMMIカプラなどの光合流器を同一基板上にモノリシック集積した光集積素子を製造することもできる。   In addition, a semiconductor layer having a different dopant concentration in each region can be formed by using a process in which the amount of dopant added varies depending on the substrate temperature. This also makes it possible to manufacture a multi-wavelength laser element. Further, a multi-wavelength light receiving element (PD) array can be manufactured by forming semiconductor layers having different light absorption coefficients in each region. Also, resonator type PD arrays having different resonator lengths can be manufactured. It is also possible to manufacture spot size converter arrays having different spot sizes in each region. Also, an optical integrated device in which each of the above devices and an optical combiner such as an MMI coupler are monolithically integrated on the same substrate can be manufactured.

また、上記では主に光半導体装置を製造する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、電子デバイス用の半導体装置に対しても適用できる。   Moreover, although the case where an optical semiconductor device was mainly manufactured was demonstrated above, this invention is not limited to this, It can apply also to the semiconductor device for electronic devices.

本発明の実施の形態1に係る多波長レーザ素子を模式的に表した断面図である。It is sectional drawing which represented typically the multiwavelength laser element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 加熱制御層の輻射熱の反射量が互いに異なる部分を模式的に表した平面概略図である。It is the plane schematic which represented typically the part from which the reflection amount of the radiant heat of a heating control layer mutually differs. 本発明の実施の形態1に係る多波長レーザ素子の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the multiwavelength laser element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る多波長レーザ素子の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the multiwavelength laser element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る多波長レーザ素子の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the multiwavelength laser element which concerns on Embodiment 1 of this invention. 加熱制御層の輻射熱の反射量が互いに異なる他の部分の一例を模式的に表した平面概略図である。It is the plane schematic which represented typically an example of the other part from which the reflection amount of the radiant heat of a heating control layer differs mutually. 本発明の実施の形態2に係る多波長レーザ素子を模式的に表した斜視概略図である。It is the schematic perspective view which represented typically the multiwavelength laser element which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る多波長レーザ素子の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the multiwavelength laser element which concerns on Embodiment 2 of this invention. エピタキシャル成長をさせた後の活性層の井戸型ポテンシャルを示す図である。It is a figure which shows the well type potential of the active layer after making it epitaxially grow. アニーリング後の活性層の井戸型ポテンシャルを示す図である。It is a figure which shows the well-type potential of the active layer after annealing. 加熱制御層の別の一例を示す平面概略図である。It is a plane schematic diagram showing another example of a heating control layer. 加熱制御層の別の一例を示す断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows another example of a heating control layer. 図12に示す加熱制御層の各部分の透過スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the transmission spectrum of each part of the heating control layer shown in FIG. 加熱制御層を半導体基板の内部に形成した例を示す断面概略図である。It is the cross-sectional schematic which shows the example which formed the heating control layer in the inside of a semiconductor substrate.

符号の説明Explanation of symbols

1、12、31 n−GaAs基板
1a、1b、2a〜2f、13g〜13i、26j、26k、27l、27m、31n、31o 部分
2、13、26、32 加熱制御層
3 n−DBRミラー
4、4a、4b n−GaAsクラッド層
5、5a、5b 活性層
6、6a、6b p−GaAsクラッド層
7、7a、7b 電流狭窄層
7aa、7ba 電流狭窄部
7ab、7bb 選択酸化部
8、8a、8b p−DBRミラー
9、23 絶縁膜
10a、10b、24g〜24i p側電極
11、25 n側電極
14 n−AlGaAsクラッド層
15、15g〜15i 下部GaAs−SCH層
16、16g〜16i GaInNAs(Sb)活性層
17、17g〜17i 上部GaAs−SCH層
18、19、21、18g〜18i、19g〜19i、21g〜21i p−AlGaAsクラッド層
20、20g〜20i 電流ブロッキング層
22、22g〜22i p−GaAsコンタクト層
100、200 多波長レーザ素子
Aa〜Ao 領域
B 空白部
BS 後端面
F 充填部
FPLg〜FPLi ファブリーペローレーザ素子
FS 前端面
H ヒータ
HR 反射膜
L ラインパターン
La、Lb レーザ光
Lg〜Li、Ug〜UiWg〜Wi 井戸型ポテンシャル
Sl、Sm 線
T トレンチ溝
VCSELa、VCSELb 面発光レーザ素子
1, 12, 31 n-GaAs substrate 1a, 1b, 2a to 2f, 13g to 13i, 26j, 26k, 27l, 27m, 31n, 31o part 2, 13, 26, 32 Heating control layer 3 n-DBR mirror 4, 4a, 4b n-GaAs cladding layer 5, 5a, 5b active layer 6, 6a, 6b p-GaAs cladding layer 7, 7a, 7b current confinement layer 7aa, 7ba current confinement portion 7ab, 7bb selective oxidation portion 8, 8a, 8b p-DBR mirror 9, 23 Insulating film 10a, 10b, 24g-24i p-side electrode 11, 25 n-side electrode 14 n-AlGaAs cladding layer 15, 15g-15i Lower GaAs-SCH layer 16, 16g-16i GaInNAs (Sb) Active layer 17, 17g-17i Upper GaAs-SCH layer 18, 19, 21, 18g-18i, 19g-19i 21g to 21i p-AlGaAs cladding layer 20, 20g to 20i Current blocking layer 22, 22g to 22i p-GaAs contact layer 100, 200 Multiwavelength laser element Aa to Ao region B Blank portion BS Rear end face F Filling portion FPLg to FPLi Fabry Perot laser element FS Front end face H Heater HR Reflective film L Line pattern La, Lb Laser light Lg-Li, Ug-UiWg-Wi Well-type potential S1, Sm line T Trench groove VCSELa, VCSELb Surface emitting laser element

Claims (12)

基板上に複数の半導体素子を有する半導体装置の製造方法であって、
前記基板に熱輻射量または熱伝導量が互いに異なる複数の領域を有する加熱制御層を形成する加熱制御層形成工程と、
前記加熱制御層を形成した基板を加熱する加熱工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a plurality of semiconductor elements on a substrate,
A heating control layer forming step of forming a heating control layer having a plurality of regions having different amounts of heat radiation or heat conduction on the substrate; and
A heating step of heating the substrate on which the heating control layer is formed;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記加熱工程は、前記加熱制御層を形成した基板を加熱しながら該基板上に半導体層を積層する積層工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heating step includes a stacking step of stacking a semiconductor layer on the substrate while heating the substrate on which the heating control layer is formed. 前記基板上に半導体層を積層する積層工程を含み、
前記加熱工程は、前記積層した半導体層を熱エッチングすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
Including a laminating step of laminating a semiconductor layer on the substrate;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heating step includes thermally etching the stacked semiconductor layers.
前記基板上に半導体層を積層する積層工程を含み、
前記加熱工程は、前記積層した半導体層をアニーリングすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
Including a laminating step of laminating a semiconductor layer on the substrate;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heating step anneals the stacked semiconductor layers.
前記加熱制御層形成工程は、前記加熱制御層を前記基板の表面または内部の少なくとも一方に形成することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heating control layer forming step forms the heating control layer on at least one of a surface and an inside of the substrate. 前記加熱制御層形成工程は、前記各領域において互いに異なるパターンを有するように前記加熱制御層を形成することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the heating control layer forming step forms the heating control layer so as to have different patterns in each region. 前記加熱制御層形成工程は、前記各領域において輻射熱の反射量が互いに異なるように前記加熱制御層を形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   The manufacturing method of a semiconductor device according to claim 1, wherein in the heating control layer forming step, the heating control layer is formed so that a reflection amount of radiant heat is different from each other in each region. Method. 前記加熱制御層形成工程は、前記各領域において輻射熱の吸収量が互いに異なるように前記加熱制御層を形成することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   The manufacturing method of a semiconductor device according to claim 1, wherein in the heating control layer forming step, the heating control layer is formed so that a radiant heat absorption amount is different in each region. Method. 前記基板から前記形成した加熱制御層を除去する加熱制御層除去工程を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a heating control layer removing step of removing the formed heating control layer from the substrate. 請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法によって製造した半導体装置であって、
互いに厚さが異なる半導体層を有する複数の半導体素子を備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device manufactured by the method according to claim 1,
A semiconductor device comprising a plurality of semiconductor elements having semiconductor layers having different thicknesses.
請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法によって製造した半導体装置であって、
互いに光吸収ピーク波長が異なる半導体層を有する複数の半導体素子を備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device manufactured by the method according to claim 1,
A semiconductor device comprising a plurality of semiconductor elements having semiconductor layers having different light absorption peak wavelengths.
請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法によって製造した半導体装置であって、
互いに利得ピーク波長が異なる半導体活性層を有する複数の半導体素子を備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device manufactured by the method according to claim 1,
A semiconductor device comprising a plurality of semiconductor elements having semiconductor active layers having different gain peak wavelengths.
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