JP2830108B2 - Manufacturing method of semiconductor laser - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor laser

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JP2830108B2
JP2830108B2 JP18553489A JP18553489A JP2830108B2 JP 2830108 B2 JP2830108 B2 JP 2830108B2 JP 18553489 A JP18553489 A JP 18553489A JP 18553489 A JP18553489 A JP 18553489A JP 2830108 B2 JP2830108 B2 JP 2830108B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は高速・大容量伝送が可能なコヒーレント光通
信用光源として必要な単一軸モード・狭スペクトル線幅
半導体レーザの製造方法に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a single-axis mode / narrow spectral linewidth semiconductor laser required as a light source for coherent optical communication capable of high-speed and large-capacity transmission.

従来の技術 近年、次世代の高速・大容量通信としてコヒーレント
光通信が注目されている。このコヒーレント光通信にお
いては光源として、単一波長で発振しかつそのスペクト
ル線幅が非常に狭くさらに発振波長が可変である半導体
レーザが必要である。このような要求を満たす半導体レ
ーザとして活性な発光領域と不活性な光導波路および分
布反射(DBR)領域を集積化した構造の半導体レーザの
有望である。(例えば特許出願No昭59−127008)。第4
図にこの構造の概略としての光軸方向の断面構造を示
す。この素子はn型InP基板1上に活性領域A、光導波
領域Bおよび分布反射(DBR領域Cで構成されている。
ここで活性領域AにおいてはInP基板1上にバンドギャ
ップ波長λg=1.05μmのInGaAsP光導波層2、λg=
1.30μmのInGaAsP活性層3、p−InPクラッド層4、λ
g=1.30μmのInGaAsPコンタクト層5およびAu/Zn電極
8で構成され、光導波領域BおよびDBR領域Cにおいて
はInP基板1上に前記InGaAsP光導波層2および前記p−
InPクラッド層4で構成されてある。さらにDBR領域Cに
おいては光導波層2とクラッド層4の界面にピッチ2000
Åの回折格子7が形成されてある。また全領域にわたっ
てInP基板1の裏面にはAu/Sn電極6が形成されてある。
このような構成の半導体レーザでは活性領域Aで発生し
た光は透明な光導波領域Bに通ってDBR領域Cの回折格
子7によって反射され活性域Aに帰還されレーザ発振に
到る。また第4図に示す構造では各領域は共通の光導波
層2で結合しているので各領域間で高い光波の結合効率
が得られ活性領域への高い光帰還効果により低しきい値
動作が可能である。得られたレーザ光は回折格子7の波
長選択性により良好な単一縦モード特性と、光透過性が
大きい光導波領域Bの存在によりスペクトルのゆらぎの
小さい狭スペクトル線幅特性を有することができる。さ
らにDBR領域Cおよび光導波領域にAu/Zn電極9、10を形
成することにより、例えば電流注入により光導波層2の
屈折率を変化させて発振波長を変化させることも可能で
ある。ところでこのような構造の素子を実際に作製する
場合の一例を第5図(a)〜(c)に示す。まずn−In
P基板1上にn−InGaAsP光導波層2、アンドープInGaAs
P活性層3、p−InPクラッド層4aおよびp−InGaAsPコ
ンタクト層5を順次エピタキシャル成長により形成する
(a)。次に活性領域A以外の領域のp−InGaAsPコン
タクト層5、p−InPクラッド層4、InGaAsP活性層3を
順次選択エッチング液により除去したのち、活性領域A
のおよび光導波領域BをSiO2膜10でマスクしてDBR領域
Cの光導波層2上に選択的に回折格子7を形成する
(b)。次に活性領域AをSiO2膜11でマスクしてp−In
Pクラッド層4bを例えば液相成長法によるエピタキシャ
ル成長により形成する(c)。さらに表面および裏面の
必要な領域に電極を形成することにより第4図に示す構
造を得ることができる。ここで問題となるのは領域Cに
選択的に回折格子を形成する工程において、通常用いら
れる飽和臭素水通のウェットエッチング液を用いた場
合、マスク領域と開口領域の境界部近傍に溶質が集中し
て異状にエッチングされる。これは均質な回折格子が形
成されないばかりでなく、領域B・C間の光の散乱の原
因となりDBR領域での有効な光帰還を損なうことにな
る。また回折格子形成にCCl4等を用いた反応性イオンエ
ッチング(RIE)等を用いた場合境界部での異状エッチ
ングな妨げるが回折格子の深さをかせげないばかりでな
く回折格子上に再成長した場合のエピタキシャル層の結
晶性が問題となっている。また回折格子形成のウェット
エッチングにおけるマスク境界部での異常エッチングを
妨ぐために第5図(b)における工程で絶縁膜マスク10
を用いずに全面に回折格子7を形成したのち領域Cを除
く領域の回折格子をエッチングで取り除く方法があるが
この場合も光導波域Bの光導波層の目減りや各領域間の
異常エッチングは生じ導波ロスの増大や光帰還効果の減
少につながることになり、発振しきい値の上昇等半導体
レーザの特性を損なうことになる。さらに第5図(c)
の工程において活性領域Aを絶縁膜11でマスクして液相
成長法により第2のInP層4bを形成する際に熱損傷やト
ルトバックにより回折格子7が変形したりA・B間の境
界部で異常成長が生じ、光波の結合効率や回折効率の減
少・導波ロスの増大につながることになり、このことも
半導体レーザの特性劣化の原因となるものである。
2. Description of the Related Art In recent years, coherent optical communication has attracted attention as a next-generation high-speed, large-capacity communication. In this coherent optical communication, a semiconductor laser that oscillates at a single wavelength, has a very narrow spectral line width, and has a variable oscillation wavelength is required as a light source. As a semiconductor laser satisfying such requirements, a semiconductor laser having a structure in which an active light emitting region, an inactive optical waveguide, and a distributed reflection (DBR) region are integrated is promising. (For example, Patent Application No. 59-127008). 4th
The figure shows a cross-sectional structure in the optical axis direction as an outline of this structure. This device is composed of an active region A, an optical waveguide region B, and a distributed reflection (DBR region C) on an n-type InP substrate 1.
Here, in the active region A, an InGaAsP optical waveguide layer 2 having a bandgap wavelength λg = 1.05 μm,
1.30 μm InGaAsP active layer 3, p-InP cladding layer 4, λ
The InGaAsP contact layer 5 and the Au / Zn electrode 8 of g = 1.30 μm, and in the optical waveguide region B and the DBR region C, the InGaAsP optical waveguide layer 2 and the p−
It is composed of an InP cladding layer 4. Further, in the DBR region C, a pitch of 2000
The diffraction grating 7 of Å is formed. An Au / Sn electrode 6 is formed on the back surface of the InP substrate 1 over the entire region.
In the semiconductor laser having such a configuration, light generated in the active region A passes through the transparent optical waveguide region B, is reflected by the diffraction grating 7 in the DBR region C, returns to the active region A, and reaches laser oscillation. Further, in the structure shown in FIG. 4, since the respective regions are connected by the common optical waveguide layer 2, a high light wave coupling efficiency can be obtained between the respective regions, and a low threshold value operation can be achieved due to a high optical feedback effect to the active region. It is possible. The obtained laser light can have a good single longitudinal mode characteristic due to the wavelength selectivity of the diffraction grating 7 and a narrow spectral linewidth characteristic with a small spectral fluctuation due to the presence of the optical waveguide region B having a large light transmittance. . Further, by forming the Au / Zn electrodes 9 and 10 in the DBR region C and the optical waveguide region, it is possible to change the oscillation wavelength by changing the refractive index of the optical waveguide layer 2 by, for example, current injection. FIGS. 5A to 5C show an example of actually manufacturing an element having such a structure. First, n-In
N-InGaAsP optical waveguide layer 2, undoped InGaAs on P substrate 1
A P active layer 3, a p-InP clad layer 4a and a p-InGaAsP contact layer 5 are sequentially formed by epitaxial growth (a). Next, the p-InGaAsP contact layer 5, the p-InP cladding layer 4, and the InGaAsP active layer 3 in regions other than the active region A are sequentially removed by a selective etching solution, and then the active region A is removed.
The diffraction grating 7 is selectively formed on the optical waveguide layer 2 in the DBR region C by masking the optical waveguide region B with the SiO 2 film 10 (b). Next, the active region A is masked with the SiO 2 film 11 and p-In
The P clad layer 4b is formed by, for example, epitaxial growth by a liquid phase growth method (c). Further, by forming electrodes in necessary regions on the front and back surfaces, the structure shown in FIG. 4 can be obtained. The problem here is that in the step of selectively forming a diffraction grating in the region C, when a commonly used wet etching solution of saturated bromine water is used, the solute concentrates near the boundary between the mask region and the opening region. Is etched abnormally. This not only does not form a uniform diffraction grating, but also causes scattering of light between the regions B and C, which impairs effective optical feedback in the DBR region. In addition, when reactive ion etching (RIE) using CCl 4 etc. is used to form the diffraction grating, abnormal etching at the boundary is hindered, but not only the depth of the diffraction grating can not be reduced but also it regrown on the diffraction grating. In this case, the crystallinity of the epitaxial layer is a problem. In order to prevent abnormal etching at the mask boundary in the wet etching for forming the diffraction grating, the insulating film mask 10 is formed in the step shown in FIG.
There is a method in which the diffraction grating 7 is formed on the entire surface without using the method, and then the diffraction grating in the region excluding the region C is removed by etching. This leads to an increase in waveguide loss and a decrease in the optical feedback effect, which impairs the characteristics of the semiconductor laser such as an increase in the oscillation threshold. Further, FIG. 5 (c)
In forming the second InP layer 4b by the liquid phase epitaxy method by masking the active region A with the insulating film 11 in the step (b), the diffraction grating 7 is deformed due to thermal damage or tort back, or the boundary between A and B is formed. Abnormal growth occurs, which leads to a decrease in the coupling efficiency and diffraction efficiency of light waves and an increase in waveguide loss, which also causes deterioration of characteristics of the semiconductor laser.

発明が解決しようとする課題 上述したように、従来の半導体レーザの製造方法にに
おいては、光帰還領域に選択的に回折格子を形成するに
のに活性領域と光導波領域を絶縁膜でマスクして光帰還
領域に露出した半導体層のみをエッチングを施して回折
格子を形成していたのでマスクとの境界領域での異常エ
ッチング等により光帰還領域に均質であつ十分な回折効
果を有する回折格子を形成することができなかった。さ
らに光導波領域・光帰還領域に液相成長法を用いて第2
のInPクラッド層を形成していたので活性領域・光導波
領域界面での異常成長により活性領域に強い光波の帰還
を生じる光導波路を形成することができないという問題
点があった。
As described above, in the conventional method of manufacturing a semiconductor laser, an active region and an optical waveguide region are masked with an insulating film to selectively form a diffraction grating in a light feedback region. Since only the semiconductor layer exposed in the light feedback region was etched to form the diffraction grating, a diffraction grating having a uniform and sufficient diffraction effect in the light feedback region was formed by abnormal etching at the boundary region with the mask. Could not be formed. Further, a second liquid phase growth method is used for the optical waveguide region and the optical feedback region.
However, since the InP cladding layer was formed, there was a problem that an optical waveguide that caused strong light wave feedback in the active region could not be formed due to abnormal growth at the interface between the active region and the optical waveguide region.

課題を解決するための手段 上述の課題を解決すべく、本発明はInP基板上にInGaA
sP光導波層、InGaAsP活性層、InPクラッド層、InGaAsP
コンタクト層からなる多層エピタキシャル基板の第1の
領域を除いた第2・第3の領域のコンタクト層、クラッ
ド層、活性層を除去したのち少なくとも第2の領域表面
に第2のInP層を堆積する工程と、前記第1・第2・第
3の領域表面に回折格子を形成する工程と、少なくとも
第3の領域の回折格子上に気相成長法により第3のInP
層を堆積する工程を含むことを特徴とする半導体レーザ
の製造方法である。
Means for Solving the Problems In order to solve the problems described above, the present invention provides an InP substrate on an InP substrate.
sP optical waveguide layer, InGaAsP active layer, InP cladding layer, InGaAsP
After removing the contact layer, the cladding layer, and the active layer in the second and third regions excluding the first region of the multilayer epitaxial substrate including the contact layer, a second InP layer is deposited on at least the surface of the second region. Forming a diffraction grating on the surface of the first, second, and third regions; and forming a third InP layer on at least the diffraction grating in the third region by a vapor deposition method.
A method for manufacturing a semiconductor laser, comprising a step of depositing a layer.

また、本発明は、前記多層エピタキシャル基板の第1
の領域を除いた第2・第3の領域のコンタクト層を除去
する工程と、第3の領域のクラッド層と活性層を除去し
たのち全面に回折格子を形成する工程と、第2の領域の
クラッド層を除去したのち少なくとも第2・第3の領域
の半導体層表面に気相成長法により第2のInP層を堆積
する工程を含むことを特徴とする半導体レーザの製造方
法である。
Also, the present invention provides a method for manufacturing a multilayer epitaxial substrate comprising:
Removing the contact layers in the second and third regions excluding the region, forming a diffraction grating on the entire surface after removing the cladding layer and the active layer in the third region, A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising a step of removing a clad layer and then depositing a second InP layer on at least the second and third regions of the semiconductor layer surface by vapor phase epitaxy.

さらに、本発明は、前記多層エピタキシャル基板の第
1の領域を除いた第2・第3の領域のコンタクト層とク
ラッド層を除去する工程と、第3の領域の活性層を除去
したのち全面に回折格子を形成する工程と、第2の領域
の活性層を除去したのち少なくとも第2・第3の領域の
半導体層表面上に第2のInP層を堆積する工程を含むこ
とを特徴とする半導体レーザの製造方法である。
Further, the present invention provides a step of removing the contact layer and the cladding layer in the second and third regions excluding the first region of the multilayer epitaxial substrate, and removing the entire surface after removing the active layer in the third region. A step of forming a diffraction grating, and a step of removing an active layer in a second region and then depositing a second InP layer on at least a surface of the semiconductor layer in the second and third regions. This is a laser manufacturing method.

作用 上述の手段により、光帰還領域において均質でかつ高
い回折効率を有する回折格子を有し、かつ光導波領域・
活性領域・光帰還領域の各領域間での異常エッチングや
異常成長のない高い光波の結合効率を有する低損失の光
導波路を含む構造の半導体レーザが容易に得られ、低し
きい値動作で高い単一縦モード特性や狭スペクトル線幅
特性を実現できるものである。
According to the above-mentioned means, a diffraction grating having a uniform and high diffraction efficiency in the optical feedback region is provided, and the optical waveguide region
A semiconductor laser having a structure including a low-loss optical waveguide having a high light-wave coupling efficiency without abnormal etching or abnormal growth between the active region and the optical feedback region can be easily obtained, and has a high threshold operation at a low threshold. A single longitudinal mode characteristic and a narrow spectral line width characteristic can be realized.

実施例 以下、本発明の第1の実施例について述べる。第1図
(a)〜(f)は本発明の半導体レーザの製造法の流れ
を示したものである。第1図(a)はもとになる多層エ
ピタキシャル基板を示す。ここで層構造は従来例(第5
図(a))と同じくn−InP基板1(キャリヤ濃度n〜
1×1018cm-3)上にn−InGaAsP光導波層2(キャリヤ
濃度n〜5×1017cm-3、厚さd=0.5μm、バンドギャ
ップ波長λg=1.05μm)、およびアンドープInGaAsP
活性層3(d=0.12μm、λg=1.3μm)、p−InPク
ラッド層4a(p〜5×1017cm-3、d=1.5μm)、p−I
nGaAsPコンタクト層5(p〜2×1018cm-3、d=0.5μ
m、λg=1.3μm)から成る。この多層エピタキシャ
ル基板を用いて以下の手順の活性領域A、光導波領域
B、DBR領域Cの3つの領域を形成する。まず、領域A
を通常のフォトリソグラフィーを用いてマスクして領域
BおよびCのp−InGaAsPコンタクト層5、p−InPクラ
ッド層4a、およびInGaAsP活性層2をそれぞれInGaAsP層
にはH2SO4+H2O2+H2O(1:1:5)溶液およびInP層にはHC
l+H3PO4(1:2)溶液を用い順次選択的に取り除く。こ
こでInGaAsP光導波層はλgが1.05μmであるので硫酸
系エッチング液に対するエッチング速度は遅いので、In
GaAsP活性層2は硫酸系エッチャントで選択的に除去で
きる(第1図(b))。次に有機金属気相成長法(MOVP
E)を用いて全面に第2のp−InPクラッド層4b(キャリ
ヤ濃度p〜5×1017cm-3、d〜0.3μm、)を成長させ
る(第1図(c))。次に領域Cのp−InPクラッド層4
bのみHcl系エッチャントで取り除いたのち全面にピッチ
2000Å、深さ1500Åの回折格子をホログラフィック露光
と飽和臭素水溶液用いて形成する(第1図(d))。次
に領域A・Bのp−InPクラッド層4bを取り除いて全面
にMOVPE法を用いて第3のp−InPクラッド層4c(キャリ
ヤ濃度5×1017cm-3、d〜0.5μm)を成長し、(第1
図(e))、最後に領域Aの第3のInP層4cを除去しコ
ンタクト層5を露出させる。このようにして活性領域
A、光導波領域B、DBR領域Cから成る半導体レーザを
得ることができる。第5図に示した従来例においては領
域A、Bを絶縁膜でマスクして領域Cにのみ選択的に回
折格子を形成したために領域B・C間の境界部での異常
エッチングやエッチングの制御性等の難しさの為にDBR
領域に良好な回折格子が形成できなかったが、本発明の
製造法においては領域A・BにおいてはMOVPE法によるI
nP膜を介して全面に回折格子を形成しているので、平坦
基板上に全面に回折格子を形成するのと同様な均質での
かつ境界部での異常形状のない回折格子DBR領域に得る
ことができるものである。また本製造法においては領域
B・C上への第2・第3のInP層は気相成長であるMOVPE
法により形成しているので成長時における熱損傷やメル
トバックによる回折格子の変形や領域間での異常成長等
の問題がない。さらに本製造プロセスにおいては選択比
の十分とれた選択エッチング液を用いているので各層を
除去する際に必要な層の目減り境界領域での異常エッチ
ングはない。このような方法により、光波の結合効率、
導波損失、回折効率が改善され、活性領域への高い光の
帰還が得られ、低しきい値、単一縦モード・狭スペクト
ル線幅の半導体レーザを容易に得ることができる。次に
本発明の第2の実施例について記載する。第2図(a)
〜(d)はこの製造プロセスに示すものである。ここで
元になる多層エピタシャル基板は第1の実施例(第1図
(a))と同じである。第2の実施例においてまず領域
AをマスクしてInGaAsPコンタクト層5を除去し、次に
領域A・Bをマスクして領域Cのp−InPクラッド層4
(a)、InGaAsP活性層3を除去する(第2図
(a))。次に全面に前述した方法で回折格子を形成し
(第2図(b))、領域Bのp−InPクラッド層4aおよ
びInGaAsP活性層3を除去する(第2図(c))。さら
に全面にMOVPE法により第2のp−InPクラッド層4cを全
面に成長したのち領域Aの第2のp−InPクラッド層を
除去することにより第1の実施例と同様の構造を得るこ
とができる。本製造方法の特徴は第1の実施例において
回折格子の選択形成用に用いたMOVPEによる再成長膜を
用いない点と、第2図(b)のプロセスでマスクを必要
とせずセルフアラインでエッチングが行える点で工程が
簡略化された点である。この方法では活性領域である領
域AのInGaAsPコンタクト層上にも回折格子が形成され
るが、クラッド層4aが厚いのでレーザ光に及ぼす影響は
なく、電極形成の際も特に悪影響を及ぼさない。また領
域Bの活性層エッチングの際領域Aのコンタクト層5も
若干エッチングされるがコンタクト層5は活性層3に対
して十分厚いので特に問題にはならない。またホログラ
フィック露光により回折格子を形成する際、領域B・C
間に1.5μm程度の段差があり、レジストの盛り上りに
より領域Cの境界域近傍に回折格子が形成されない領域
が生じるが、この領域は領域C全体に比べて小さく特に
大きな問題にはならない。このように本第2の実施例に
おいても高性能半導体レーザをより簡単な方法で実現す
ることができる。次に本発明の第3の実施例を第3図
(a)〜(d)に示す。この場合ももとになる多層エピ
タキシャル構造は第1図(a)と同じである。まず領域
Aをマスクして領域B・CのInGaAsPコンタクト層5お
よびInPクラッド層4aを除去し、さらに領域A・Bをマ
スクして領域CのInGaAsP活性層3を除去する(第3図
(a))。次に全面に回折格子を形成後(第3図
(b))、領域BのInGaAsP活性層3をヤルフアライン
に除去する(第3図(c))。さらに領域B・C上にMO
VPE法により第2のInP層4cを形成することにより活性・
光導波・DBRの各領域を得ることができる。この方法は
第2の実施例と同様により簡単な方法であるが、領域B
のInPクラッド層4aを回折格子形成以前に除去した点
で、回折格子形成の際問題となる領域B・C間の段差を
取り除いた点で、第2の実施例に見られた境界部での回
折格子の消失領域がなく、領域c全体に均質な回折格子
が形成できる点である。回折格子の深さは活性層3の厚
さで規定されるが1次の回折格子のように比較的浅い回
折格子の作製には特に問題とはならない。第1・第2・
第3の実施例において電流狭さく構造および三次元導波
路作製のプロセスは省略したが、多層構造作製直後もし
くは本発明のプロセス後に実施しても全く問題にはなら
ない。
Embodiment Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. FIGS. 1A to 1F show the flow of a method for manufacturing a semiconductor laser according to the present invention. FIG. 1 (a) shows a multi-layer epitaxial substrate as an original. Here, the layer structure is a conventional example (fifth example).
N-InP substrate 1 (carrier concentration n to
N × InGaAsP optical waveguide layer 2 (carrier concentration n〜5 × 10 17 cm −3 , thickness d = 0.5 μm, bandgap wavelength λg = 1.05 μm) on 1 × 10 18 cm −3 ) and undoped InGaAsP
Active layer 3 (d = 0.12 μm, λg = 1.3 μm), p-InP cladding layer 4a (p〜5 × 10 17 cm −3 , d = 1.5 μm), p-I
nGaAsP contact layer 5 (p to 2 × 10 18 cm −3 , d = 0.5 μm)
m, λg = 1.3 μm). Using this multilayer epitaxial substrate, three regions of an active region A, an optical waveguide region B, and a DBR region C in the following procedure are formed. First, area A
The regions B and C p-InGaAsP contact layer 5 of masked using conventional photolithography, p-InP cladding layer 4a, and the InGaAsP active layer 2 to each InGaAsP layer H 2 SO 4 + H 2 O 2 + H HC in 2 O (1: 1: 5) solution and InP layer
Remove sequentially using l + H 3 PO 4 (1: 2) solution. Here, since the λg of the InGaAsP optical waveguide layer is 1.05 μm, the etching rate with respect to the sulfuric acid-based etching solution is low.
The GaAsP active layer 2 can be selectively removed with a sulfuric acid-based etchant (FIG. 1B). Next, metal organic chemical vapor deposition (MOVP
A second p-InP cladding layer 4b (carrier concentration p〜5 × 10 17 cm -3 , d〜0.3 μm) is grown on the entire surface by using E) (FIG. 1 (c)). Next, the p-InP cladding layer 4 in the region C
Only b is removed with Hcl-based etchant and then pitched over the entire surface
A diffraction grating having a depth of 2000 ° and a depth of 1500 ° is formed using holographic exposure and a saturated aqueous bromine solution (FIG. 1 (d)). Next, the p-InP cladding layer 4b in the regions A and B is removed, and a third p-InP cladding layer 4c (carrier concentration: 5 × 10 17 cm −3 , d to 0.5 μm) is grown on the entire surface by MOVPE. And (first
(FIG. 9E) Finally, the third InP layer 4c in the region A is removed to expose the contact layer 5. Thus, a semiconductor laser including the active region A, the optical waveguide region B, and the DBR region C can be obtained. In the conventional example shown in FIG. 5, since the regions A and B are masked with an insulating film and a diffraction grating is selectively formed only in the region C, abnormal etching or control of the etching at the boundary between the regions B and C is performed. DBR for difficulties such as sex
Although a good diffraction grating could not be formed in the region, in the manufacturing method of the present invention, in the regions A and B, the IV by the MOVPE method was used.
Since a diffraction grating is formed on the entire surface via the nP film, it is necessary to obtain a diffraction grating DBR region that is uniform and has no abnormal shape at the boundary, similar to forming a diffraction grating on the entire surface on a flat substrate. Can be done. In this manufacturing method, the second and third InP layers on the regions B and C are formed by MOVPE which is a vapor phase growth.
Since it is formed by the method, there is no problem such as thermal damage during growth, deformation of the diffraction grating due to melt back, and abnormal growth between regions. Further, in the present manufacturing process, since a selective etching solution having a sufficient selectivity is used, there is no abnormal etching in the boundary region where the layers are required to be removed when each layer is removed. By such a method, the coupling efficiency of light waves,
The waveguide loss and the diffraction efficiency are improved, high light feedback to the active region is obtained, and a semiconductor laser having a low threshold value, a single longitudinal mode and a narrow spectral line width can be easily obtained. Next, a second embodiment of the present invention will be described. Fig. 2 (a)
(D) show this manufacturing process. Here, the underlying multilayer epitaxial substrate is the same as that of the first embodiment (FIG. 1A). In the second embodiment, first, the region A is masked to remove the InGaAsP contact layer 5, and then the regions AB are masked to remove the p-InP cladding layer 4 in the region C.
(A), the InGaAsP active layer 3 is removed (FIG. 2 (a)). Next, a diffraction grating is formed on the entire surface by the above-described method (FIG. 2B), and the p-InP cladding layer 4a and the InGaAsP active layer 3 in the region B are removed (FIG. 2C). Further, a second p-InP cladding layer 4c is grown on the entire surface by MOVPE, and then the second p-InP cladding layer in the region A is removed to obtain a structure similar to that of the first embodiment. it can. The features of this manufacturing method are that the MOVPE regrown film used for the selective formation of the diffraction grating is not used in the first embodiment, and the process of FIG. 2B does not require a mask and is etched in a self-aligned manner. Is that the process can be simplified. According to this method, a diffraction grating is also formed on the InGaAsP contact layer in the region A, which is the active region. However, since the cladding layer 4a is thick, there is no effect on laser light, and no particular adverse effect is exerted when forming electrodes. When the active layer is etched in the region B, the contact layer 5 in the region A is also slightly etched. However, since the contact layer 5 is sufficiently thicker than the active layer 3, this does not cause any problem. When a diffraction grating is formed by holographic exposure, areas B and C
There is a step of about 1.5 μm between the regions, and a region where a diffraction grating is not formed near the boundary region of the region C due to the swelling of the resist. However, this region is smaller than the whole region C and does not pose a serious problem. Thus, also in the second embodiment, a high-performance semiconductor laser can be realized by a simpler method. Next, a third embodiment of the present invention is shown in FIGS. In this case, the underlying multilayer epitaxial structure is the same as that shown in FIG. First, the InGaAsP contact layer 5 and the InP cladding layer 4a in the regions B and C are removed by masking the region A, and the InGaAsP active layer 3 in the region C is removed by masking the regions A and B (FIG. 3 (a) )). Next, after forming a diffraction grating on the entire surface (FIG. 3 (b)), the InGaAsP active layer 3 in the region B is removed by a jar line (FIG. 3 (c)). In addition, MO
By forming the second InP layer 4c by the VPE method,
Each region of optical waveguide and DBR can be obtained. This method is a simpler method as in the second embodiment, but the area B
In the point that the InP cladding layer 4a was removed before the formation of the diffraction grating, the step between the regions B and C, which was a problem in forming the diffraction grating, was removed. There is no disappearance region of the diffraction grating, and a uniform diffraction grating can be formed over the entire region c. Although the depth of the diffraction grating is determined by the thickness of the active layer 3, there is no particular problem in producing a relatively shallow diffraction grating such as a primary diffraction grating. 1st, 2nd,
Although the current narrowing structure and the process of fabricating the three-dimensional waveguide are omitted in the third embodiment, there is no problem if the process is performed immediately after fabricating the multilayer structure or after the process of the present invention.

発明の効果 以上、本発明においては、活性領域・光導派領域・DB
R領域から成る半導体レーザを作製するのに、InP基板上
にInGaAsP光導波層・InGaAsP活性層・InPクラッド層・I
nGaAsPコンタクト層から成る多層エピタキシャル基板を
用い、まず第1の方法として光導波領域・DBR領域のInG
aAsPコンタクト層・InPクラッド層およびInGaAsP活性層
を除去する工程、光導波領域・活性領域上に第2のInP
クラッド層を形成し全面に回折格子を形成する工程、DB
R領域上に気相成長法により第3のInPクラッド層を形成
する工程を含む半導体レーザの製造方法であり、また第
2の方法として上記多層エピタキシャル基板の光導波領
域・DBR領域のInGaAsPコンタクト層を除去する工程、DB
R領域のInPクラッド層・InGaAsP活性層を除去したのち
全面に回折格子を形成する工程、光導波領域におけるIn
Pクラッド層・InGaAsP活性層を除去したのち光導波領域
・DBR領域上に気相成長により第2のInPクラッド層を形
成する工程を含む半導体レーザの製造方法であり、さら
に第3の方法として、上記多層エピタキシャル基板の光
導波領域・DBR領域のInGaAsPコンタクト層・InPクラッ
ド層を除去する工程と、DBR領域のInGaAsP活性層を除去
したのち全面に回折格子を形成する工程と、光導波領域
のInGaAsP活性層を除去したのち光導波領域・DBR領域上
に気相成長法により第2のInPクラッド層を形成する工
程を含む半導体レーザの製造方法であり、DBR領域に選
択的に均質でかつ高い回折効率を有する回折格子が形成
でき、かつ各領域間での異常エッチングや異常成長のな
い高い光波の結合効率を有する低損失の光導波路が形成
でき、活性領域へのDBR領域からの高い光の帰還効果に
より低しきい値動作で高い単一縦モード特性や狭スペク
トル線幅特性を有する半導体レーザを容易に提供できる
ものでその実用的価値は大きいものがある。
As described above, in the present invention, the active region, the photoconductive region, and the DB
To fabricate a semiconductor laser consisting of the R region, an InGaAsP optical waveguide layer, InGaAsP active layer, InP cladding layer, I
Using a multilayer epitaxial substrate consisting of an nGaAsP contact layer, the first method is to use InG in the optical waveguide region / DBR region.
removing the AsP contact layer, the InP cladding layer and the InGaAsP active layer, forming a second InP layer on the optical waveguide region and the active region;
Process of forming a cladding layer and forming a diffraction grating on the entire surface, DB
A method of manufacturing a semiconductor laser including a step of forming a third InP cladding layer on the R region by a vapor phase growth method, and a second method is an InGaAsP contact layer in the optical waveguide region / DBR region of the multilayer epitaxial substrate. Process to remove the DB
Step of forming a diffraction grating on the entire surface after removing the InP cladding layer and InGaAsP active layer in the R region.
A method of manufacturing a semiconductor laser including a step of forming a second InP cladding layer by vapor-phase growth on an optical waveguide region / DBR region after removing a P cladding layer / InGaAsP active layer. A step of removing the InGaAsP contact layer and the InP cladding layer in the optical waveguide region and the DBR region of the multilayer epitaxial substrate, a step of removing the InGaAsP active layer in the DBR region, and then forming a diffraction grating on the entire surface; This is a method of manufacturing a semiconductor laser including a step of forming a second InP cladding layer on the optical waveguide region / DBR region by a vapor deposition method after removing an active layer, and selectively homogenizing and high diffraction in the DBR region. A high-efficiency diffraction grating can be formed, and a low-loss optical waveguide with high light-wave coupling efficiency without abnormal etching and abnormal growth between the regions can be formed, and high light from the DBR region to the active region can be formed. Its practical value of semiconductor laser having a high single longitudinal mode characteristic and a narrow spectral linewidth characteristics of low threshold operation by the feedback effect which can be easily provided there is greater.

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

第1図(a)〜(f)は本発明の第1の実施例、第2図
(a)〜(d)本発明の第2の実施例、第3図は(a)
〜(d)は本発明の第3の実施例における半導体レーザ
の製造プロセスの流れを示す断面構造図、第4図は活性
領域・光導波領域・DBR領域を一体化した半導体レーザ
の断面構造図、第5図(a)〜(c)は従来例における
その製造方法である。 1……n−InP基板、2……n−InGaAsP光導波層、3…
…InGaAsP活性層、4……InPクラッド層、5……P−In
GaAsPコンタクト層、7……回折格子、A……活性領
域、B……光導波領域、C……DBR領域。
FIGS. 1A to 1F show a first embodiment of the present invention, FIGS. 2A to 2D show a second embodiment of the present invention, and FIGS.
FIGS. 4A to 4D are sectional structural views showing a flow of a semiconductor laser manufacturing process according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a sectional structural view of a semiconductor laser in which an active region, an optical waveguide region, and a DBR region are integrated. 5 (a) to 5 (c) show a manufacturing method in a conventional example. 1 .... n-InP substrate, 2 .... n-InGaAsP optical waveguide layer, 3 ....
... InGaAsP active layer, 4 ... InP cladding layer, 5 ... P-In
GaAsP contact layer, 7: diffraction grating, A: active region, B: optical waveguide region, C: DBR region.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1の導電型のInP基板上に第1の導電型
の第1のInGaAsP層、前記第1のInGaAsP層よりもバンド
ギャップエネルギーの小さい第2のInGaAsP層、第2の
導電型の第1のInP層、および第2の導電型の第3のInG
aAsP層からなる多層エピタキシャル基板の第1の領域を
マスクして前記第1の領域に隣接する第2の領域および
前記第2の領域に隣接する第3の領域における前記第3
のInGaAsP層、前記第1のInP層および前記第2のInGaAs
P層を除去したのち前記第1・第2・第3の領域に第2
のInP層を堆積する工程と、前記第3の領域の前記第2
のInP層を除去したのち前記第1・第2・第3の領域の
露出した半導体表面に回折格子を形成する工程と、前記
第3の領域の前記回折格子上に気相成長法により第3の
InP層を堆積する工程を含むことを特徴とする半導体レ
ーザの製造方法。
1. A first InGaAsP layer of a first conductivity type, a second InGaAsP layer having a smaller bandgap energy than the first InGaAsP layer, and a second conductivity type on an InP substrate of a first conductivity type. A first InP layer of a second conductivity type and a third InG of a second conductivity type.
masking a first region of the multilayer epitaxial substrate made of an aAsP layer, forming a third region adjacent to the first region and a third region adjacent to the second region by masking the first region;
InGaAsP layer, the first InP layer and the second InGaAs
After removing the P layer, a second layer is formed in the first, second, and third regions.
Depositing an InP layer of the third region and the second region of the third region.
Forming a diffraction grating on the exposed semiconductor surface in the first, second, and third regions after removing the InP layer, and forming a third region on the diffraction grating in the third region by a vapor phase growth method. of
A method for manufacturing a semiconductor laser, comprising a step of depositing an InP layer.
【請求項2】第1の導電型のInP基板上に第1の導電型
の第1のInGaAsP層、前記第1のInGaAsP層よりもバンド
ギャップエネルギーの小さい第2のInGaAsP層、第2の
導電型の第1のInP層、および第2の導電型の第3のInG
aAsP層からなる多層エピタキシャル基板の第1の領域を
マスクして前記第1の領域に隣接する第2の領域および
前記第2の領域に隣接する第3の領域における前記第3
のInGaAsP層を除去する工程と、前記第3の領域の前記
第1のInP層および第2のInGaAsP層を除去したのち前記
第1・第2・第3の領域の露出した半導体表面に回折格
子を形成する工程と、前記第2の領域の前記第1のInP
層および第2のInGaAsP層を除去したのち第2、第3の
領域の露出した半導体表面に気相成長により第2のInP
層を堆積させる工程を含むことを特徴とする半導体レー
ザの製造方法。
2. A first InGaAsP layer of a first conductivity type, a second InGaAsP layer having a smaller bandgap energy than the first InGaAsP layer, and a second conductivity type on an InP substrate of the first conductivity type. A first InP layer of a second conductivity type and a third InG of a second conductivity type.
masking a first region of the multilayer epitaxial substrate made of an aAsP layer, forming a third region adjacent to the first region and a third region adjacent to the second region by masking the first region;
Removing the first InP layer and the second InGaAsP layer in the third region, and removing the diffraction grating on the exposed semiconductor surface in the first, second, and third regions. Forming the first InP in the second region.
After removing the layer and the second InGaAsP layer, the second InP layer is formed on the exposed semiconductor surface in the second and third regions by vapor phase growth.
A method for manufacturing a semiconductor laser, comprising a step of depositing a layer.
【請求項3】第1の導電型のInP基板上に第1の導電型
の第1のInGaAsP層、前記第1のInGaAsP層よりもバンド
ギャップエネルギーの小さい第2のInGaAsP層、第の2
導電型の第1のInP層、および第2の導電型の第3のInG
aAsP層からなる多層エピタキシャル基板の第1の領域を
マスクして前記第1の領域に隣接する第2の領域と前記
第2の領域に隣接する第3の領域の前記第3のInGaAsP
層と前記第1のInP層を除去する工程と、前記第3の領
域の前記第2のInGaAsP層を除去したのち前記第1、第
2、第3の領域の露出した半導体表面全体に回折格子を
形成する工程と、前記第2の領域の前記第2のInGaAsP
層を除去したのち前記第2・第3の領域表面に気相成長
により第2のInP層を堆積することを特徴とする半導体
レーザの製造方法。
3. A first InGaAsP layer of a first conductivity type, a second InGaAsP layer having a lower band gap energy than the first InGaAsP layer, and a second InGaAsP layer of a first conductivity type on an InP substrate of the first conductivity type.
A first InP layer of a conductivity type, and a third InG of a second conductivity type
masking a first region of the multilayer epitaxial substrate composed of an aAsP layer, forming a second region adjacent to the first region and a third region of the third InGaAsP adjacent to the second region;
Removing the layer and the first InP layer; and removing the second InGaAsP layer in the third region, and then removing the diffraction grating over the entire exposed semiconductor surface in the first, second, and third regions. Forming the second InGaAsP in the second region.
A method for manufacturing a semiconductor laser, comprising removing a layer and depositing a second InP layer on the surfaces of the second and third regions by vapor phase growth.
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