JP2822195B2 - Semiconductor laser manufacturing method - Google Patents
Semiconductor laser manufacturing methodInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体レーザー、特にその共振器の反射面
及びレーザー光の出射面が活性層の劈開面によって構成
された端面構造によらず、活性層端面に他の半導体層に
よって覆われたいわゆる窓構造をとる半導体レーザーの
製造方法に係わる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor laser, in particular, regardless of an end face structure in which a reflection surface of a resonator thereof and an emission surface of laser light are constituted by cleavage planes of an active layer. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser having a so-called window structure in which an end surface of an active layer is covered with another semiconductor layer.
本発明は、半導体レーザーの製造方法に係わり、活性
層を有する半導体基板に、その活性層を横切り相対向す
る少くとも一対の両端側面が特定結晶面による逆メサ型
側面とされたリッジ部を設ける工程と、その逆メサ型側
面を有するメサ溝内にクラッド層をエピタキシャル成長
させて逆メサ型側面を埋め込む垂直側面を形成する工程
とを有し、その垂直側面を活性層によるレーザー共振器
の反射面とし、かつレーザー光出射面とするものであ
り、特に光学損傷いわゆるCOD（Catastrophic Opticall
y Damage）レベルの改善を目的とする。The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser, in which a semiconductor substrate having an active layer is provided with a ridge portion having at least a pair of opposite side surfaces traversing the active layer and having opposite mesa-shaped side surfaces by a specific crystal plane. Forming a vertical side surface for burying the inverted mesa side surface by epitaxially growing a cladding layer in a mesa groove having the inverted mesa side surface, and forming the vertical side surface on the reflection surface of the laser resonator by the active layer. And a laser light emitting surface, and particularly, so-called COD (Catastrophic Optical
y Damage) level.
高出力半導体レーザーを実現させるにはCODレベルの
改善が必要となる。To realize high-power semiconductor lasers, COD levels need to be improved.
通常の半導体レーザー例えば埋め込みヘテロ接合（B
H）型半導体レーザーにおいては、そのレーザー共振器
を構成する活性層の面に対して直交する面を、結晶の劈
開面によって形成しこのようにして形成された端面を共
振器の反射面及びレーザー光の出射面とする。ところ
が、このような劈開面をレーザー光の出射面とする半導
体レーザーは、CODに問題があり、高出力半導体レーザ
ーを得る上の隘路となっている。Conventional semiconductor lasers such as buried heterojunction (B
In the H) type semiconductor laser, a plane orthogonal to the plane of the active layer constituting the laser resonator is formed by a cleavage plane of the crystal, and the end face thus formed is connected to the reflection surface of the resonator and the laser. The light exit surface. However, a semiconductor laser having such a cleavage plane as an emission surface of a laser beam has a problem in COD, and is a bottleneck in obtaining a high-output semiconductor laser.
また、劈開面による出射面を形成する半導体レーザー
構造では駆動回路等の電子回路を組合せて光集積回路化
を行うようにしたいわゆるOEIC（Optoelectronics Inte
grated Circuit）への適応には不適当で、このOEICの実
用化には劈開によることなくいわゆる窓構造の半導体レ
ーザーの開発が望まれる。In the case of a semiconductor laser structure in which an emission surface is formed by a cleavage plane, a so-called OEIC (Optoelectronics Integrated Circuit) is used in which an optical integrated circuit is formed by combining electronic circuits such as a drive circuit.
It is unsuitable for adaptation to grated circuits, and for the practical application of this OEIC, the development of a so-called window structure semiconductor laser without cleavage is desired.
ところが、従前の窓構造による半導体レーザーにおい
て再現性よく特性に優れた共振器を構成することに課題
がある。However, there is a problem in configuring a resonator having excellent reproducibility and excellent characteristics in a conventional semiconductor laser having a window structure.
本発明はこの課題を解決して再現性よく確実に特性に
優れてCOD小さい、また光集積回路化を容易にすること
ができる窓構造による半導体レーザーを得ることを目的
とする。An object of the present invention is to solve this problem and to obtain a semiconductor laser having a window structure capable of ensuring excellent characteristics with good reproducibility, having a low COD, and facilitating optical integration.
本発明は、例えば第１図Ａに示すような活性層（１）
を有する半導体基板（２）に、第１図Ｂに示すように、
活性層（１）を横切り、相対向する少くとも一対の両端
側面が特定結晶面による逆メサ型側面（3A）及び（3B）
とされたリッジ部（４）を設ける工程と、その逆メサ型
側面（3A）及び（3B）を有するメサ溝（５）内を含んで
クラッド層（６）を全面的にエピタキシャル成長して逆
メサ型側面（3A）及び（3B）を埋め込んで活性層（１）
の面方向とほぼ直交する垂直側面（7A）及び（7B）を形
成する工程とを有し、その垂直側面（7A）及び（7B）を
活性層（１）によるレーザー共振器の反射面としかつレ
ーザー光出射面とする。The present invention relates to an active layer (1) as shown in FIG. 1A, for example.
As shown in FIG. 1B, a semiconductor substrate (2) having
Inverted mesa-shaped side surfaces (3A) and (3B) crossing the active layer (1), and at least one pair of opposite side surfaces is formed by a specific crystal plane.
Forming the ridge portion (4), and forming the cladding layer (6) epitaxially over the entire surface including the inside of the mesa groove (5) having the inverted mesa side surfaces (3A) and (3B). Active layer (1) with mold sides (3A) and (3B) embedded
Forming vertical side surfaces (7A) and (7B) substantially orthogonal to the plane direction of the laser beam, and using the vertical side surfaces (7A) and (7B) as reflection surfaces of the laser resonator by the active layer (1); A laser light emission surface.
上述の本発明方法によれば、活性層（１）による共振
器の実質的反射面及びレーザー光の出射面が劈開面によ
らず、クラッド層（６）によって形成した窓構造をとる
ようにしたことによって、光学損傷を小さくすることが
でき、CODレベルの改善がはかられこれによって高出力
化，連続発光化がはかられるものであり、また特に本発
明においてはこの側面（7A）及び（7B）を特定の結晶面
によって形成された逆メサ型側面（3A）及び（3B）への
エピタキシャル成長によるすなわち結晶面によって成長
速度が相違することによる特定された結晶面の現出によ
って構成することができるようにしたので再現性よく確
実にこの垂直側面（7A）及び（7B）の形成を行うことが
できる。According to the above-described method of the present invention, the substantially reflecting surface of the resonator by the active layer (1) and the emission surface of the laser beam have a window structure formed by the cladding layer (6) regardless of the cleavage plane. As a result, optical damage can be reduced, the COD level can be improved, and thereby high output and continuous light emission can be achieved. In particular, in the present invention, this aspect (7A) and ( 7B) can be constituted by the epitaxial growth on the inverted mesa side surfaces (3A) and (3B) formed by the specific crystal plane, that is, by the appearance of the specified crystal plane due to the difference in the growth rate depending on the crystal plane. The vertical side surfaces (7A) and (7B) can be reliably formed with good reproducibility.
図面を参照して本発明による半導体レーザーの製造方
法の一例を説明する。An example of a method for manufacturing a semiconductor laser according to the present invention will be described with reference to the drawings.
この場合AlGaAs系のIII−Ｖ族化合物半導体レーザー
を得る場合で、まず第１図Ａに示すように、１の導電型
例えばｎ型のGaAsよりなるIII−Ｖ族化合物半導体サブ
ストレイト（11）を設ける。このサブストレイト（11）
はその主面（11a）が（100）結晶面を有してなる。そし
て、この主面（11a）上に必要に応じて図示しないがバ
ッファ層を介して第１導電型例えばｎ型のAlGaAsよりな
る下層のクラッド層（16）をエピタキシャル成長し、続
いてこれよりエネルギーギャップが小で屈折率の高い例
えばGaAs化合物半導体よりなる活性層（１）と、さらに
これの上に他の導電型例えばｐ型で活性層（１）に比し
エネルギーバンドギャップの大きいすなわち屈折率の小
さい上層のクラッド層（６）を構成する第１のクラッド
層（6A）を順次エピタキシャル成長して半導体基板
（２）を構成する。In this case, when an AlGaAs-based III-V compound semiconductor laser is obtained, first, as shown in FIG. 1A, a III-V compound semiconductor substrate (11) made of one conductivity type, for example, n-type GaAs is used. Provide. This substrate (11)
Has a main surface (11a) having a (100) crystal plane. On the main surface (11a), a lower cladding layer (16) made of a first conductivity type, for example, n-type AlGaAs is epitaxially grown via a buffer layer (not shown) if necessary. An active layer (1) made of, for example, a GaAs compound semiconductor having a small refractive index and a high refractive index, and further having a larger energy band gap, that is, a refractive index higher than the active layer (1) of another conductivity type, for example, a p-type. A semiconductor substrate (2) is formed by sequentially epitaxially growing a first clad layer (6A) constituting a small upper clad layer (6).
第１図Ｂに示すように、上層の第１のクラッド層（6
A）上にストライプ状のエッチングマスク（８）を選択
的に形成する。このマスク（８）は周知の技術、例えば
フォトレジスト膜の塗布，パターン露光，現像の各処理
によって形成し得る。この場合、紙面に沿う面が（01
1）結晶面に選ばれ、マスク（８）のストライプの延長
方向がこの紙面に沿う方向に選ばれ両端縁がこれと直交
するようにする。As shown in FIG. 1B, the upper first cladding layer (6
A) A stripe-shaped etching mask (8) is selectively formed thereon. The mask (8) can be formed by well-known techniques, for example, by applying a photoresist film, exposing a pattern, and developing. In this case, the surface along the paper is (01
1) The crystal plane is selected, and the extending direction of the stripe of the mask (8) is selected along the paper plane so that both end edges are orthogonal to this.
次に、上層のクラッド層（6A）上から、活性層（１）
を横切る深さに結晶学的異方性エッチングを行う。すな
わち、例えば硫酸系エッチング液例えばH2SO4とH2O2とH
2Oとが3:1:1の割合によって混合されたエッチング液を
用いてクラッド層（6A）上よりエッチングを行う。この
ようにしてマスク（８）によって覆われていない部分を
エッチングしてメサ溝（５）を形成し、これによって第
１図Ｂに示すように両端に（111）Ａ結晶面による逆メ
サ型側面（3A）及び（3B）が形成されたストライプ状の
メサすなわちリッジ部（４）を形成する。Next, the active layer (1) is formed on the upper clad layer (6A).
Crystallographically anisotropic etching to a depth that crosses That is, for example, a sulfuric acid-based etching solution such as H 2 SO 4 , H 2 O 2 and H
Etching is performed from above the cladding layer (6A) using an etching solution in which 2 O is mixed at a ratio of 3: 1: 1. In this manner, a portion not covered by the mask (8) is etched to form a mesa groove (5), and thereby, as shown in FIG. A stripe-shaped mesa on which (3A) and (3B) are formed, that is, a ridge portion (4) is formed.
次に、第１図Ｃに示すように、上層のクラッド層（6
A）と同導電型で同一材料のAlGaAsよりなり第２のクラ
ッド層（6B）をメサ溝（５）内を含んでエピタキシャル
成長して行く。このようにすると逆メサ型側面（3A）及
び（3B）に（110）結晶面が生じた時点でこの〈110〉軸
方向の結晶成長速度が遅いことによって見かけ上一旦こ
の時点でエピタキシャルが停止するのでこの時点でクラ
ッド層（6B）のエピタキシャル成長を止めれば基板
（２）の主面すなわち活性層（１）の面と垂直な側面
（7A）及び（7B）が生ずる。Next, as shown in FIG. 1C, the upper cladding layer (6
A second cladding layer (6B) made of AlGaAs of the same conductivity type and the same material as A) is epitaxially grown including the inside of the mesa groove (5). In this manner, when the (110) crystal plane is formed on the reverse mesa-type side surfaces (3A) and (3B), the crystal growth rate in the <110> axis direction is slow, and apparently the epitaxial stops once at this point. Therefore, if the epitaxial growth of the cladding layer (6B) is stopped at this point, side surfaces (7A) and (7B) perpendicular to the main surface of the substrate (2), that is, the surface of the active layer (1) are generated.
その後、第１図Ｄに示すように、続いて例えばｐ型の
低比抵抗のGaAs化合物半導体層より成るキャップ層（1
2）をエピタキシャル成長する。Thereafter, as shown in FIG. 1D, a cap layer (1) made of, for example, a p-type low-resistivity GaAs compound semiconductor layer is formed.
2) grow epitaxially.
次に第１図Ｅに示すように、キャップ層（12）上にオ
ーミックにコンタクトして第１の電極（21）を被着す
る。また、基板（２）の裏面すなわちサブストレイト
（11）の裏面には、第２の電極（22）をオーミックに被
着して目的とする半導体レーザー（23）を得る。Next, as shown in FIG. 1E, a first electrode (21) is deposited on the cap layer (12) by ohmic contact. On the back surface of the substrate (2), that is, on the back surface of the substrate (11), a second electrode (22) is ohmically applied to obtain a target semiconductor laser (23).
このようにして得た半導体レーザー（23）は、そのス
トライプ状のメサすなわちリッジ部（４）内の活性層
（１）が動作領域すなわち共振器として作用し、その共
振器のストライプ方向の延長方向の両端面には逆メサ型
側面（3A）及び（3B）上に形成されたクラッド層（６）
（（6B））による垂直側面（7A）及び（7B）が形成され
た窓構造の半導体レーザーとなる。この場合活性層
（１）の逆メサ型側面（3A）及び（3B）では活性層
（１）とクラッド層（6B）との各屈折率ｎは例えば活性
層がｎ＝3.3であるのに比し、クラッド層（6B）がｎ＝
3.2程度の小差であり、またこの側面（3A）及び（3B）
が活性層面に対して斜めであるに比し、これら側面（3
A）及び（3B）に形成されたクラッド層（6B）と外気と
は屈折率差が大であること、またクラッド層（6B）の外
面は活性層（１）の面に対して垂直面（7A）及び（7B）
であることからこの面（7A）及び（7B）が共振器の反射
面として作用することになり、かつこの面（7A）及び
（7B）がレーザー射出面となる。In the semiconductor laser (23) thus obtained, the stripe-shaped mesa, that is, the active layer (1) in the ridge portion (4) acts as an operation region, that is, a resonator, and the resonator extends in the stripe direction. The cladding layers (6) formed on the inverted mesa side surfaces (3A) and (3B)
The semiconductor laser has a window structure in which the vertical side surfaces (7A) and (7B) formed by ((6B)) are formed. In this case, on the inverted mesa side surfaces (3A) and (3B) of the active layer (1), each refractive index n of the active layer (1) and the cladding layer (6B) is, for example, smaller than that of the active layer where n = 3.3. And the cladding layer (6B) has n =
There is a small difference of about 3.2, and this aspect (3A) and (3B)
Are oblique to the surface of the active layer,
The cladding layer (6B) formed in (A) and (3B) has a large refractive index difference between the outside air and the outer surface of the cladding layer (6B) is perpendicular to the surface of the active layer (1) ( 7A) and (7B)
Therefore, the surfaces (7A) and (7B) function as the reflection surfaces of the resonator, and the surfaces (7A) and (7B) become the laser emission surfaces.
そして、この場合活性層（１）のストライプ状リッジ
部（メサ）（４）の延長方向と直交する側面に関して
は、第２図に第１図Ｅの断面とは直交する方向の断面図
を示すように順メサすなわち基部に向って幅広となる形
状をとることができる。In this case, FIG. 2 shows a cross-sectional view in a direction orthogonal to the cross section of FIG. 1E with respect to a side surface orthogonal to the extending direction of the stripe-shaped ridge portion (mesa) (4) of the active layer (1). As described above, a shape that becomes wider toward the forward mesa, that is, the base portion can be taken.
尚、上述した各層が図示の導電型とは逆の導電型に選
定することができるなど上述の例に限らず種々の構成を
とり得る。It should be noted that each layer described above can be selected to have a conductivity type opposite to the conductivity type shown in the drawings, and various configurations can be adopted without being limited to the above-described example.
上述の本発明方法によれば、活性層（１）による共振
器の実質的反射面及びレーザー光の出射面が活性層の端
面自体の露出による劈開面によらず、クラッド層（６）
の垂直側面（7A）及び（7B）によって形成した窓構造を
とるようにしたことによって、光学損傷を小さくするこ
とができ、CODの改善がはかられこれによって高出力
化，連続発光がはかられるものであり、また特に本発明
においてはこの側面（7A）及び（7B）を特定の結晶面に
よって形成された逆メサ型側面（3A）及び（3B）へのエ
ピタキシャル成長によるすなわち結晶面によって成長速
度が相違することによる特定された結晶面の現出によっ
て構成するようにしたので再現性よく確実にこの垂直側
面（7A）及び（7B）の形成ができ、安定してすぐれた特
性の半導体レーザーを製造できる。According to the above-described method of the present invention, the cladding layer (6) is formed regardless of whether the substantial reflection surface of the resonator and the emission surface of the laser beam by the active layer (1) depend on the cleavage plane due to the exposure of the end face of the active layer itself.
By adopting the window structure formed by the vertical side surfaces (7A) and (7B), optical damage can be reduced, COD can be improved, and high output and continuous light emission can be achieved. In particular, in the present invention, the side surfaces (7A) and (7B) are grown by the epitaxial growth on the inverted mesa side surfaces (3A) and (3B) formed by specific crystal planes, that is, by the crystal planes. The vertical side surfaces (7A) and (7B) can be formed reliably and with good reproducibility, and the semiconductor laser with stable and excellent characteristics can be formed. Can be manufactured.
第１図は本発明方法の各工程における略線的断面図、第
２図は本発明方法によって得た半導体レーザーの横断面
図である。 （２）は基板、（１）は活性層、（６），（6A）及び
（6B）はクラッド層、（12）はキャップ層、（４）はリ
ッジ部（メサ）、（3A）及び（3B）は逆メサ型側面、
（7A）及び（7B）は垂直側面である。FIG. 1 is a schematic sectional view of each step of the method of the present invention, and FIG. 2 is a transverse sectional view of a semiconductor laser obtained by the method of the present invention. (2) is a substrate, (1) is an active layer, (6), (6A) and (6B) are cladding layers, (12) is a cap layer, (4) is a ridge portion (mesa), (3A) and (3A). 3B) reverse mesa side,
(7A) and (7B) are vertical side surfaces.
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−143082（ＪＰ，Ａ) Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈ ｅ ４ｔｈ Ｓｏｎｙ Ｒｅｓｅａｒｃ ｈ Ｆｏｒｕｍ，ｐｐ．270−274 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)Continuation of the front page (56) References JP-A-55-143022 (JP, A) Proceedings of the 4th Sony Research Forum, pp. 139-282. 270-274 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) H01S 3/18 JICST file (JOIS)
Claims (1)
型のクラッド層と、活性層と、第２導電型の第１クラッ
ド層とを順次エピタキシャル成長する第１のエピタキシ
ャル成長工程と、 上記第２導電型の第１クラッド層上から上記活性層を横
切り、相対向する少なくとも一対の両端側面が特定結晶
面により逆メサ型側面とされたリッジ部を形成する工程
と、 上記逆メサ型側面を有するメサ溝内を含んで全面的に上
記第２導電型の第１クラッド層と同導電型の同一材料よ
りなる半導体層をエピタキシャル成長させて上記逆メサ
型側面を埋込んで垂直側面を形成する第２のエピタキシ
ャル成長工程とを有し、 上記垂直側面を、上記活性層によるレーザー共振器の反
射面とし、かつレーザー光の出射面としたことを特徴と
する半導体レーザーの製造方法。A first epitaxial growth step for sequentially epitaxially growing at least a first conductivity type cladding layer, an active layer, and a second conductivity type first cladding layer on the substrate; Forming a ridge portion in which at least one pair of opposing opposite side surfaces of the first cladding layer is formed as an inverted mesa side surface by a specific crystal plane, and a mesa groove having the inverted mesa side surface. A second epitaxial growth in which a semiconductor layer made of the same material of the same conductivity type as that of the first cladding layer of the second conductivity type is formed on the entire surface including the inside by epitaxial growth, and the vertical side surface is formed by embedding the reverse mesa side surface; Wherein the vertical side surface is a reflection surface of the laser resonator by the active layer, and a laser light emission surface. Method.
Priority Applications (1)
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1989
- 1989-01-19 JP JP1010290A patent/JP2822195B2/en not_active Expired - Fee Related
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