JP2692557B2 - Manufacturing method of semiconductor laser - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor laser

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光通信等に用いる半導
体レーザの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser used for optical communication or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバ通信技術は近年めざましい発
展を遂げ、400Mb/s、1.6Gb/s等の大容量
の光通信システムが日本国内をはじめ、海底ケーブルを
通じて外国との間にも導入されている。この光通信技術
に不可欠なキーデバイスが光通信の光源となる半導体レ
ーザである。光通信システムの長距離、大容量化に伴
い、半導体レーザにもさらなる高出力化、高速化が求め
られている。また、近年では光情報ハイウェイ等という
言葉に代表されるように、光ファイバ通信網で各家庭を
網羅するという構想もある。このためには光ファイバ通
信システム装置の小型化も重要となる。
2. Description of the Related Art Optical fiber communication technology has made remarkable progress in recent years, and large capacity optical communication systems such as 400 Mb / s and 1.6 Gb / s have been introduced not only in Japan but also through foreign countries through submarine cables. ing. A key device indispensable for this optical communication technology is a semiconductor laser that serves as a light source for optical communication. With the increase in distance and capacity of optical communication systems, semiconductor lasers are required to have higher output and higher speed. Further, in recent years, as represented by the term "optical information highway", there is a concept of covering each home with an optical fiber communication network. For this purpose, downsizing of the optical fiber communication system is also important.

【0003】現在一般に使用されている半導体レーザ
は、基板側を第一の電極とし、半導体のエピタキシャル
面側から第二の電極を取り出す構造になっている。一
方、半導体レーザに変調信号を送る駆動回路は主にシリ
コンIC等の電子デバイスで構成されている。一般的な
電子デバイスは基板表面に回路が構成されている。従っ
て、図2のように信号ラインは電子デバイスから一旦伝
送線路に取り出され、ワイヤーホンディングによって半
導体レーザと接続される。この際に、図3のようにハン
ダバンプを用いて、フリップチップ実装する方法も雑誌
「エレクトロニクス・レターズ(Electron.L
ett.)Vol.27,p499,1991」に報告
されている。これに対して、半導体レーザの電極をチッ
プの同一面からとりだせれば、電子デバイスのコプレー
ナ伝送線路にフリップチップ実装できるため、ワイヤー
ボンディングは不必要で装置も小型化が図れる。さらに
は、ボンディングワイヤーに起因する寄生リアクタンス
が発生しないため、半導体レーザの高速変調も可能であ
る。電極をチップの同一面から取り出す半導体レーザの
従来例としては超格子の無秩序化や拡散、イオン注入な
どによって半導体レーザを製造する方法が良く知られて
いる。また、近年では雑誌「フォトニクス・テクノロジ
・レターズ((IEEE Photon.Techno
l.Lett.)、Vol.4,p673,1992)
に、図4に示すようなチップの同一面から電極を取り出
し、コプレーナ型の伝送線路を有するプローブに圧着し
て評価した超高速の半導体レーザが報告されている。
A semiconductor laser currently in general use has a structure in which the substrate side is the first electrode and the second electrode is taken out from the epitaxial surface side of the semiconductor. On the other hand, a drive circuit that sends a modulation signal to a semiconductor laser is mainly composed of an electronic device such as a silicon IC. In a general electronic device, a circuit is formed on the surface of a substrate. Therefore, as shown in FIG. 2, the signal line is once taken out from the electronic device to the transmission line and connected to the semiconductor laser by wire bonding. At this time, a method of flip-chip mounting using solder bumps as shown in FIG. 3 is also used in a magazine "Electronic Letters (Electron.
ett. ) Vol. 27, p499, 1991 ". On the other hand, if the electrodes of the semiconductor laser can be taken out from the same surface of the chip, flip chip mounting can be performed on the coplanar transmission line of the electronic device, so wire bonding is unnecessary and the device can be downsized. Furthermore, since the parasitic reactance due to the bonding wire does not occur, high-speed modulation of the semiconductor laser is possible. As a conventional example of the semiconductor laser in which the electrodes are taken out from the same surface of the chip, a method of manufacturing the semiconductor laser by disordering the superlattice, diffusion, ion implantation or the like is well known. In recent years, the magazine "Photonics Technology Letters ((IEEE Photon.Techno
l. Lett. ), Vol. 4, p673, 1992)
4 reports an ultra-high-speed semiconductor laser in which electrodes are taken out from the same surface of a chip as shown in FIG. 4 and pressure-bonded to a probe having a coplanar transmission line for evaluation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたような従来
の半導体レーザには次のような問題があった。まず、図
2、図3に示したようなチップの両面からそれぞれ電極
を取り出すような従来半導体レーザでは、伝送線路との
ワイヤーボンディングが必要であり、これによって装置
の小型化が容易でないという問題点があった。また、同
時にボンディングワイヤーによる寄生リアクタンスの影
響が大きく高速変調ができないといった問題点もあっ
た。一方、従来良く知られている超格子の無秩序化や拡
散、イオン注入等によってチップの同一面から電極を取
り出すような半導体レーザの製造方法ではその製造プロ
セスの制御が難しいといった問題点があった。また、図
4のような従来例ではこの形態を実現するために、2回
のメサエッチと3回の結晶成長という複雑な製造方法が
必要であるといった問題点があった。
The conventional semiconductor laser described above has the following problems. First, in the conventional semiconductor laser in which electrodes are taken out from both sides of the chip as shown in FIGS. 2 and 3, wire bonding with a transmission line is necessary, which makes it difficult to downsize the device. was there. At the same time, there is a problem that the parasitic reactance due to the bonding wire is large and high-speed modulation cannot be performed. On the other hand, there is a problem that it is difficult to control the manufacturing process in the conventional well-known method of manufacturing a semiconductor laser in which electrodes are taken out from the same surface of the chip by disordering or diffusion of superlattice, ion implantation or the like. Further, in the conventional example as shown in FIG. 4, there is a problem that a complicated manufacturing method of two times of mesa etching and three times of crystal growth is required to realize this form.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決した半導体レーザの製造方法を提供するもので、半導
体基板上にn型クラッド層、活性層、p型クラッド層、
p型コンタクト層、キャップ層を積層する工程と、前記
工程により積層された半導体層を(111)A面が露呈
するストライプ状の第1のメサ構造を形成し、前記第1
メサ構造と平行なストライプ状の前記(111)A面以
外の方位面が露呈する第2のメサ構造を形成する工程
と、p型不純物とn型不純物とを同時に供給しながら前
記第1及び第2のメサ構造の側面を被覆する半導体層を
形成する工程とを有することを特徴とする半導体レーザ
の製造方法。
The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor laser which solves the above problems, in which an n-type cladding layer, an active layer, a p-type cladding layer,
forming a stripe-shaped first mesa structure in which a p-type contact layer and a cap layer are laminated, and a semiconductor layer laminated in the above step is exposed at a (111) A plane.
A step of forming a second mesa structure in which azimuth planes other than the (111) A plane in stripes parallel to the mesa structure are exposed; and the first and the first while simultaneously supplying p-type impurities and n-type impurities 2. The step of forming a semiconductor layer that covers the side surface of the mesa structure.

【0006】[0006]

【作用】本発明の製造方法によって形成された半導体レ
ーザにおいては、ウェハの同一面から2つの電極を取り
出すために、コプレーナ伝送線路への実装が容易に行
へ、ワイヤーボンディングの必要が無いため装置の小型
化が可能である。同時に、ボンディングワイヤーによる
寄生リアクタンスの影響がないために、高速の変調が可
能である。また、本発明の製造方法では超格子の無秩序
化や不純物拡散、イオン注入などを用いないため、プロ
セスの制御が容易で素子の製造歩留りなどが向上する。
さらに、電流ブロック構造は一回の結晶成長で形成可能
であり、pn接合面積も小さいため容量が小さく、高速
の変調が可能である。
In the semiconductor laser formed by the manufacturing method of the present invention, the two electrodes are taken out from the same surface of the wafer, so that the semiconductor laser can be easily mounted on the coplanar transmission line and no wire bonding is required. Can be miniaturized. At the same time, since there is no influence of the parasitic reactance due to the bonding wire, high speed modulation is possible. In addition, since the manufacturing method of the present invention does not use disordering of the superlattice, impurity diffusion, ion implantation, etc., the process control is easy and the device manufacturing yield is improved.
Further, the current block structure can be formed by one-time crystal growth, and the pn junction area is small, so that the capacitance is small and high-speed modulation is possible.

【0007】[0007]

【実施例】本発明の半導体レーザの製造方法を実施例を
図面に用いて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for manufacturing a semiconductor laser according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0008】図1(a)、(b)は本発明の半導体レー
ザの製造方法を説明するための断面図である。
1A and 1B are cross-sectional views for explaining a method for manufacturing a semiconductor laser of the present invention.

【0009】まず第1の工程として、n型Inp基板1
上にn型InPバッファ層2、n型クラッド層3、ノン
ドープInGaAsP活性層4、p型InPクラッド層
5、p型InGaAsPコンタクト層6、ノンドープI
nPキャップ層7を順次成長する。次に、(110)方
向にSiO2 ストライプマスクを形成し、一部のInP
キャップ層7を除去し、InGaAsPコンタクト層6
面を露出させる。前記ストライプマスクを除去した後、
改めてSiO2 膜を全面に堆積しフォトリソグラフィ技
術によって幅5μmのストライプ状のマスク8を形成す
る。ここで、ブロムメタノール系のエッチング液を用い
てn型基板1に達するまでメサエッチングを行う。この
時、図1(a)に示したように、SiO2 マスク8の直
下がInPキャップ層7のストライプ部分は(111)
A面10が露出する逆メサの形状になる。一方、SiO
2 マスク8の直下がInGaAsPコンタクト層6のス
トライプ部分はInGaAsPのサイドエッチングによ
って(111)A面は露出しない。
First, as a first step, an n-type Inp substrate 1
The n-type InP buffer layer 2, the n-type cladding layer 3, the non-doped InGaAsP active layer 4, the p-type InP cladding layer 5, the p-type InGaAsP contact layer 6, and the non-doped I
The nP cap layer 7 is sequentially grown. Next, a SiO 2 stripe mask is formed in the (110) direction and a part of InP is formed.
The cap layer 7 is removed and the InGaAsP contact layer 6 is removed.
Expose the surface. After removing the stripe mask,
An SiO 2 film is again deposited on the entire surface and a stripe-shaped mask 8 having a width of 5 μm is formed by photolithography. Here, mesa etching is performed until the n-type substrate 1 is reached using a brommethanol-based etching solution. At this time, as shown in FIG. 1A, the stripe portion of the InP cap layer 7 immediately below the SiO 2 mask 8 is (111).
The shape of the inverted mesa exposes the A surface 10. On the other hand, SiO
2 In the stripe portion of the InGaAsP contact layer 6 just below the mask 8, the (111) A plane is not exposed by the side etching of InGaAsP.

【0010】次に第2の工程として、p型不純物として
Zn、n型不純物としてSeを同時にドーピングしたI
nPを再成長する。この場合、図1(b)に示したよう
に(111)A面10が露出した側壁面に成長したIn
PはInサイトにZnがはいりp型InP埋め込み層1
1となるのに対して、(111)A面が露出した以外の
部分に成長したInPはn型InP埋め込み層12にな
る。また、メサ上はSiO2 マスク8でマスキングされ
ておりInPは成長しない。
Next, in a second step, I was simultaneously doped with Zn as a p-type impurity and Se as an n-type impurity.
Re-grow nP. In this case, as shown in FIG. 1B, In grown on the sidewall surface where the (111) A plane 10 is exposed is grown.
P is Zn in the In site and p-type InP buried layer 1
On the other hand, the InP grown on the portion other than the exposed (111) A surface becomes the n-type InP buried layer 12. Further, since the mesa is masked by the SiO 2 mask 8, InP does not grow.

【0011】最後に第3の工程として、SiO2 マスク
8を除去し、塩酸系からなるエッチャントで逆メサ上の
InPキャップ層7を除去しInGaAsPコンタクト
層6を露出させ、エッチバック法を用いてメサ上に電極
13を形成する。
Finally, in a third step, the SiO 2 mask 8 is removed, the InP cap layer 7 on the reverse mesa is removed with an etchant made of hydrochloric acid to expose the InGaAsP contact layer 6, and an etchback method is used. The electrode 13 is formed on the mesa.

【0012】この製造方法で製作された半導体レーザは
ウェハのエピタキシャル面にp電極、n電極の両電極が
形成されており、コプレーナ伝送線路に実装が可能であ
る。コプレーナ伝送線路に実装可能となれば、電子デバ
イスとの接続が容易となり、半導体レーザ装置の小型化
が図れ、ワイヤーボンディングも不必要なため寄生リア
クタンスの影響もなく半導体レーザの高速変調が可能で
ある。
The semiconductor laser manufactured by this manufacturing method has both the p-electrode and the n-electrode formed on the epitaxial surface of the wafer and can be mounted on the coplanar transmission line. If it can be mounted on a coplanar transmission line, it can be easily connected to electronic devices, the semiconductor laser device can be downsized, and wire bonding is unnecessary, so high-speed modulation of the semiconductor laser is possible without the influence of parasitic reactance. .

【0013】以上、本発明の実施例について説明してき
たが以下で若干の補足をする。図1(a)に示した実施
例は活性層4にノンドープInGaAsPを用いたが、
ドーピングが施されていてもよく、多重量子井戸などク
ラッド層とダブルヘテロ構造を形成できる材料であれば
この材料に限定されない。またコンタクト層6もInG
aAsPを用いていたが、オーミックコンタクトが得ら
れInPよりブロムメタノール系のエッチャントの対し
てエッチングレートが速ければこの材料に限定されな
い。
The embodiments of the present invention have been described above, but some supplements will be given below. In the embodiment shown in FIG. 1A, non-doped InGaAsP is used for the active layer 4,
It may be doped, and is not limited to this material as long as it is a material capable of forming a double hetero structure with a cladding layer such as a multiple quantum well. The contact layer 6 is also made of InG.
Although aAsP is used, the material is not limited to this material as long as an ohmic contact is obtained and the etching rate is faster than that of InP for a bromomethanol-based etchant.

【0014】[0014]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、半導体
レーザがコプレーナ伝送線路に実装可能である。コプレ
ーナ伝送線路に実装可能となれば、電子デバイスとの接
続が容易となり、半導体レーザ装置の小型化が図れ、ワ
イヤーボンディングも不必要なため寄生リアクタンスの
影響もなく半導体レーザの高速変調が可能である。
As described above, according to the present invention, the semiconductor laser can be mounted on the coplanar transmission line. If it can be mounted on a coplanar transmission line, it can be easily connected to electronic devices, the semiconductor laser device can be downsized, and wire bonding is unnecessary, so high-speed modulation of the semiconductor laser is possible without the influence of parasitic reactance. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体レーザの製造方法の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a method for manufacturing a semiconductor laser of the present invention.

【図2】従来の半導体レーザの実装方法の図。FIG. 2 is a diagram of a conventional semiconductor laser mounting method.

【図3】伝送線路に実装するための従来方法の図。FIG. 3 is a diagram of a conventional method for mounting on a transmission line.

【図4】コプレーナ伝送線路に実装可能な従来の半導体
レーザの製造方法の図。
FIG. 4 is a diagram of a conventional method for manufacturing a semiconductor laser that can be mounted on a coplanar transmission line.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型InP基板 2 n型InPバッファ層 3 n型InPクラッド層 4 ノンドープInGaAsP活性層 5 p型InPクラッド層 6 p型InGaAsPコンタクト層 7 ノンドープInPキャップ層 8 SiO2 マスク 10 (111)A面 11 p型InP埋め込み層 12 n型InP埋め込み層 13 電極1 n-type InP substrate 2 n-type InP buffer layer 3 n-type InP clad layer 4 non-doped InGaAsP active layer 5 p-type InP clad layer 6 p-type InGaAsP contact layer 7 non-doped InP cap layer 8 SiO 2 mask 10 (111) A surface 11 p-type InP buried layer 12 n-type InP buried layer 13 electrode

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板上にn型クラッド層、活性
層、p型クラッド層、p型コンタクト層、キャップ層を
積層する工程と、前記工程により積層された半導体層を
(111)A面が露呈するストライプ状の第1のメサ構
造を形成し、前記第1メサ構造と平行なストライプ状の
前記(111)A面以外の方位面が露呈する第2のメサ
構造を形成する工程と、p型不純物とn型不純物とを同
時に供給しながら前記第1及び第2のメサ構造の側面を
被覆する半導体層を形成する工程とを有することを特徴
とする半導体レーザの製造方法。
1. A step of laminating an n-type clad layer, an active layer, a p-type clad layer, a p-type contact layer, and a cap layer on a semiconductor substrate, and the semiconductor layer laminated by the step is (111) A plane Forming a first stripe-shaped first mesa structure that is exposed, and forming a second mesa structure in which a azimuth plane other than the (111) A plane that is parallel to the first mesa structure is exposed; And a step of forming a semiconductor layer that covers the side surfaces of the first and second mesa structures while simultaneously supplying a type impurity and an n-type impurity.
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