JP2940106B2 - Manufacturing method of semiconductor laser - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor laser

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JP2940106B2
JP2940106B2 JP22914790A JP22914790A JP2940106B2 JP 2940106 B2 JP2940106 B2 JP 2940106B2 JP 22914790 A JP22914790 A JP 22914790A JP 22914790 A JP22914790 A JP 22914790A JP 2940106 B2 JP2940106 B2 JP 2940106B2
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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、特に分布帰還型半導体レー
ザ(DFB:Distributed Feedback)型半導体レーザの製法
に係わる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser, particularly a distributed feedback semiconductor laser (DFB).

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は半導体レーザの製法に係わり、〈011〉結晶
軸方向に対する角度θが、0゜<θ<45゜をなす方向に
沿うストライプ状メサ突起が形成された(100)結晶面
を有する半導体基体の主面上に、順次少くとも第1導電
型のクラッド層と、活性層と、第2導電型のクラッド層
を、メサ突起上の活性層が他部上の活性層と分断して、
第1及び第2導電型のクラッド層間に配されるようにエ
ピタキシャル成長させて、このエピタキシャル成長層の
側面に回析格子を形成することにより、製法の簡易化を
はかって信頼性及び生産性の向上をはかる。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser, and relates to a semiconductor substrate having a (100) crystal plane on which stripe-shaped mesa projections are formed along a direction where an angle θ with respect to a crystal axis direction is 0 ° <θ <45 °. On the main surface of the above, at least the first conductivity type clad layer, the active layer, and the second conductivity type clad layer are sequentially separated from the active layer on the mesa projection by the active layer on the other part.
The epitaxial growth is performed so as to be arranged between the first and second conductivity type cladding layers, and a diffraction grating is formed on the side surface of the epitaxial growth layer, thereby improving the reliability and productivity by simplifying the manufacturing method. Measure.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

単一波長発振を実現し得る半導体レーザとしては、DF
Bレーザがある。
As a semiconductor laser that can realize single wavelength oscillation, DF
There is a B laser.

このDFBレーザにおいては、発光動作領域を構成する
活性層の近傍に回析格子すなわちグレーティングが形成
されてなる。従って、一般にこの種のDFB半導体レーザ
の製造にあたっては、このグレーティングを形成するた
めのエッチング作業を挟んでその前後において、各半導
体層のエピタキシャル成長が分断される。
In this DFB laser, a diffraction grating, that is, a grating is formed near an active layer constituting a light emitting operation region. Therefore, in general, in manufacturing this type of DFB semiconductor laser, the epitaxial growth of each semiconductor layer is divided before and after the etching operation for forming the grating.

一方、低しきい値電流Ithを有する半導体レーザを構
成する場合において、その活性層の発光動作領域を形成
するためのストライプ上の埋込み構造を形成する場合に
おいても、その埋込み構造即ち光及びキャリアの閉じ込
めを行う構造をとるための溝形成のエッチング作業を挟
んで2回のエピタキシャル成長作業に分断されることが
一般的である。
On the other hand, in the case of a semiconductor laser having a low threshold current I th, even in the case of forming a buried structure on the stripe to form a light emitting operation region of the active layer, the buried structure or optical and carrier Is generally divided into two epitaxial growth operations with an etching operation for forming a groove for obtaining a structure for confining the trench.

しかしながら、このように活性層の形成部近傍で2回
のエピタキシャル成長に分断された界面が存在する場
合、その2回のエピタキシャル成長間において、前段の
エピタキシャル成長表面が自然酸化して、特性の劣化を
来すなどの不都合が生じる。
However, when there is an interface divided by two epitaxial growths near the active layer forming portion, the surface of the previous epitaxial growth is naturally oxidized between the two epitaxial growths, resulting in deterioration of characteristics. Inconveniences such as occur.

これに対して低しきい値電流Ithを有する半導体レー
ザとして、1回のエピタキシャル成長作業によって形成
し得るようにしたSDH(Separated Double Hetero Junct
ion)半導体レーザが、本出願人による例えば特開昭61
−183987号において提案されている。
On the other hand, as a semiconductor laser having a low threshold current I th , an SDH (Separated Double Hetero Junction) which can be formed by a single epitaxial growth operation.
ion) semiconductor laser is disclosed in, for example,
-183987.

一方本出願人は、先に特開平2−174287号においてSD
H型の半導体レーザを提案した。このSDH型半導体レーザ
は、第2図にその一例の略線的拡大断面図を示すよう
に、先ず第1導電型例えばn型で一主面が(100)結晶
面を有する例えばGaAs化合物半導体基体(1)のその一
主面に第2図でその紙面と直交する〈011〉結晶軸方向
に延びるストライプ状のメサ突起(12)が形成され、こ
の突起(12)を有する基体(1)の一主面上に順次通常
のMOCVD(有機金属による化学的気相成長)法すなわち
メチル系MOCVD法によって連続的に第1導電型例えばn
型のクラッド層(3)と低不純物濃度ないしはアンドー
プの活性層(4)と第2導電型例えばp型の第1のクラ
ッド層(5)と、第1導電型例えばn型の電流ブロック
層(6)と、第2導電型例えばp型の第2のクラッド層
(7)と、第2導電型のキャップ層(8)との各半導体
層が1回のエピタキシャル成長によって形成されてな
る。
On the other hand, the present applicant has previously disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No.
An H-type semiconductor laser was proposed. As shown in a schematic enlarged cross-sectional view of an example of this SDH type semiconductor laser in FIG. 2, first, for example, a GaAs compound semiconductor substrate having a first conductivity type, for example, n-type and one principal surface having a (100) crystal plane. A stripe-shaped mesa projection (12) extending in the <011> crystal axis direction perpendicular to the plane of the paper in FIG. 2 is formed on one main surface of (1), and a substrate (1) having the projection (12) is formed. The first conductivity type, eg, n, is successively formed on one principal surface by a normal MOCVD (chemical vapor deposition using an organic metal) method, that is, a methyl MOCVD method.
Type cladding layer (3), a low impurity concentration or undoped active layer (4), a second conductivity type such as a p-type first cladding layer (5), and a first conductivity type such as an n-type current blocking layer ( 6), a second conductive type, for example, a p-type second cladding layer (7), and a second conductive type cap layer (8) are formed by a single epitaxial growth.

ここに第1導電型のクラッド層(3)と第2導電型の
第1及び第2のクラッド層(5)及び(7)と、第1導
電型の電流ブロック層(6)とは、活性層(4)に比し
てバンドギャップが大すなわち屈折率が小なる材料より
成る。
Here, the first conductivity type cladding layer (3), the second conductivity type first and second cladding layers (5) and (7), and the first conductivity type current blocking layer (6) are active. It is made of a material having a larger band gap, that is, a smaller refractive index than the layer (4).

そして、この場合基体(1)及びストライプ状のメサ
突起(12)との結晶方位、突起(12)の幅及び高さ、即
ちその両側のメサ溝の深さ、さらに第1導電型のクラッ
ド層(3)、活性層(4)、第2導電型の第1のクラッ
ド層(5)等の厚さを選定することによってメサ突起
(12)上に第1導電型のクラッド層(3)、活性層
(4)、第2導電型の第1のクラッド層(5)を、メサ
溝上におけるそれらと分断するように斜面(9A)及び
(9B)による断層を形成し、これら斜面(9A)及び(9
B)によって分断されたストライプ状のエピタキシャル
成長層(30)がメサ突起(12)状に形成されるようにす
る。
In this case, the crystal orientation of the substrate (1) and the stripe-shaped mesa projections (12), the width and height of the projections (12), ie, the depths of the mesa grooves on both sides thereof, and the cladding layer of the first conductivity type (3) By selecting the thickness of the active layer (4), the second conductive type first clad layer (5), etc., the first conductive type clad layer (3) is formed on the mesa protrusion (12). The active layer (4) and the first cladding layer (5) of the second conductivity type are separated from those on the mesa trench by forming slopes by the slopes (9A) and (9B). (9
The epitaxial growth layer (30) in the form of stripes separated by B) is formed in the shape of a mesa protrusion (12).

これは、通常のMOCVD法、即ちメチル系の有機金属を
原料ガスとして行ったMOCVD法による場合、(111)B結
晶面が一旦生じてくると、この面に関してはエピタキシ
ャル成長が生じにくいことを利用して、ストライプ状の
エピタキシャル成長層(30)を形成するものである。そ
して、この場合電流ブロック層(6)は、ストライプ状
のエピタキシャル成長層(30)によってこれを挟んでそ
の両側に分断され、この分断によって生じた両端面が丁
度ストライプ状エピタキシャル成長層(30)における他
と分断されたストライプ状活性層(4)の両側端面即ち
斜面(9A)及び(9B)に臨む端面に衝合するようになさ
れる。
This is based on the fact that in the case of the normal MOCVD method, that is, the MOCVD method using a methyl-based organic metal as a source gas, once a (111) B crystal plane is formed, epitaxial growth is unlikely to occur on this plane. Thus, a stripe-shaped epitaxial growth layer (30) is formed. In this case, the current block layer (6) is divided on both sides of the stripe-shaped epitaxial growth layer (30) by the stripe-shaped epitaxial growth layer (30). The divided striped active layer (4) is brought into contact with both end faces, that is, end faces facing the slopes (9A) and (9B).

このようにしてメサ突起(12)上のストライプ状エピ
タキシャル成長層(30)における活性層(4)が、これ
より屈折率の小さい電流ブロック層(6)によって挟み
こまれるように形成されて横方向の閉じ込めがなされて
発光動作領域となるようにされ、しかもこの電流ブロッ
ク層(6)の存在によってストライプ状エピタキシャル
成長層(30)の両側側においては、第2導電型の第2の
クラッド層(7)と、ブロック層(6)と、第2導電型
の第1のクラッド層(5)と、第1導電型のクラッド層
(3)とによってp−n−p−nのサイリスタが形成さ
れて、ここにおける電流が阻止され、これによってこの
メサ突起(12)上のストライプ状エピタキシャル成長層
(30)の活性層(4)に電流が集中するようになされ
て、低しきい値電流化をはかるようになされている。
In this way, the active layer (4) in the stripe-shaped epitaxial growth layer (30) on the mesa protrusion (12) is formed so as to be sandwiched by the current blocking layer (6) having a smaller refractive index than the active layer (4). The confinement is performed to form a light emitting operation region, and the presence of the current blocking layer (6) provides a second cladding layer (7) of the second conductivity type on both sides of the striped epitaxial growth layer (30). The block layer (6), the second conductive type first clad layer (5), and the first conductive type clad layer (3) form a pnpn thyristor, The current here is blocked, so that the current is concentrated on the active layer (4) of the stripe-shaped epitaxial growth layer (30) on the mesa protrusion (12), so that the threshold current can be reduced. It has been made to work.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

さらに、このようなSDH型半導体レーザに対して、本
発明者等は先に特願平2−20086号において、第3図及
び第4図にその一例の略線的斜視図及び一製造工程図を
示すように、化合物半導体(11)の(100)結晶面によ
る主面(11A)に、〈011〉結晶軸方向に沿って形成され
たストライプ状のメサ突起(2)の上面または側面、或
いは上面及び側面、この場合上面にストライプの延長方
向と交差する方向に延びる多数の平行溝の配列による回
析格子(13)が形成され、このストライプ状メサ突起
(2)を有する主面(11A)に第1導電型のクラッド層
(3)と、活性層(4)と、第2導電型のクラッド層
(5)とが順次エピタキシャル成長され、ストライプ状
メサ突起(2)上には第1導電型クラッド層(3)と、
活性層(4)と、第2導電型のクラッド層(5)とが他
部と分断されてストライプ状のエピタキシャル成長層
(30)として形成されて成る半導体レーザを提案した。
このような構造とする場合、SDH構造を採るため低しき
い値電流Ithを有するという利点と共に、活性層(4)
の近傍に回析格子(13)が存在していることによってDF
B動作による単一波長発信の半導体レーザを構成するこ
とができる。
Further, regarding such an SDH type semiconductor laser, the present inventors have previously disclosed in Japanese Patent Application No. 2-20086 a schematic perspective view and a manufacturing process diagram of an example thereof in FIGS. 3 and 4. As shown in the figure, the upper surface or side surface of the stripe-shaped mesa protrusion (2) formed along the <011> crystal axis direction on the principal surface (11A) of the (100) crystal plane of the compound semiconductor (11), or A main surface (11A) having a diffraction grating (13) formed by arranging a number of parallel grooves extending on the upper surface and side surfaces, in this case, the direction perpendicular to the direction in which the stripes extend, and having the stripe-shaped mesa projections (2). A first conductivity type clad layer (3), an active layer (4), and a second conductivity type clad layer (5) are sequentially epitaxially grown, and the first conductivity type clad layer (5) is formed on the stripe-shaped mesa protrusion (2). A cladding layer (3);
There has been proposed a semiconductor laser in which an active layer (4) and a cladding layer (5) of the second conductivity type are separated from other portions to form a stripe-shaped epitaxial growth layer (30).
In the case of such a structure, the active layer (4) has the advantage of having a low threshold current I th because of adopting the SDH structure.
The existence of the diffraction grating (13) near
A semiconductor laser emitting a single wavelength by the B operation can be configured.

更にストライプ状メサ突起(2)の形成と回析格子
(13)の形成とを行った後に各半導体層(3)(4)
(5)を一連のエピタキシャル成長によって形成するこ
とができるため、特性に優れた安定な半導体レーザを得
ることができる。
After the formation of the stripe-shaped mesa projections (2) and the formation of the diffraction grating (13), the semiconductor layers (3) and (4) are formed.
Since (5) can be formed by a series of epitaxial growth, a stable semiconductor laser having excellent characteristics can be obtained.

このようなストライプ状メサ突起(2)上への平行溝
よりなる回析格子(13)の形成は、公知の2つの光束に
よる干渉露光法を適用し得る。即ち、例えばメサ突起
(2)を形成した後にフォトレジスト層を全面的に形成
し、これに対して1つの干渉性の例えば半導体レーザ光
を2つの光束に分断し、再びこれをフォトレジスト層の
所定部上に集中させてその干渉縞を利用して露光する。
この場合、光の波長の選定によってレジストのパターニ
ングを行い、その後これをエッチングマスクとして化合
物半導体(11)へのエッチングを行えば平行配列された
溝の形成、従って回析格子(13)即ちグレーティングを
形成することができる。
For the formation of the diffraction grating (13) composed of parallel grooves on such a stripe-shaped mesa projection (2), a known interference exposure method using two light beams can be applied. That is, for example, after forming the mesa protrusion (2), a photoresist layer is formed on the entire surface, and one coherent, for example, a semiconductor laser beam is divided into two light fluxes, and this is again divided into two layers. Exposure is performed using the interference fringes concentrated on a predetermined portion.
In this case, the resist is patterned by selecting the wavelength of light, and then the compound semiconductor (11) is etched by using the resist as an etching mask to form grooves arranged in parallel, thereby forming the diffraction grating (13), that is, the grating. Can be formed.

しかしながらこのような方法により回析格子を形成す
る場合、干渉露光用の複雑な装置を必要とすることや、
工程数の増加を招く恐れがある。
However, when a diffraction grating is formed by such a method, a complicated apparatus for interference exposure is required,
There is a risk of increasing the number of steps.

本発明による半導体レーザの製法は、上述したような
製造装置の簡略化、工程数の低下をはかって信頼性及び
生産性の向上をはかる。
The method for manufacturing a semiconductor laser according to the present invention aims to improve reliability and productivity by simplifying the manufacturing apparatus and reducing the number of steps as described above.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明による半導体レーザの製法の一例を第1図A〜
Dの製造工程図に示す。
1A to 1C show an example of a method for manufacturing a semiconductor laser according to the present invention.
D is shown in the manufacturing process diagram.

本発明は、第1図Aにその上面図を示すように、〈01
1〉結晶軸方向に対する角度θが、0゜<θ<45゜をな
す方向に沿うストライプ状メサ突起(2)が形成された
(100)結晶面を有する半導体基体(1)の主面(1A)
上に、第1図Dにその略線的断面図を示すように、順次
少くとも第1導電型のクラッド層(3)と、活性層
(4)と、第2導電型のクラッド層(5)を、メサ突起
(2)上の活性層(4)が他部上の活性層(5)と分断
して、第1及び第2導電型のクラッド層(3)及び
(5)間に配されるようにエピタキシャル成長させて、
このエピタキシャル成長層(30)の側面に回析格子(1
3)を形成する。
As shown in FIG.
1> A main surface (1A) of a semiconductor substrate (1) having a (100) crystal plane on which stripe-shaped mesa protrusions (2) are formed along a direction in which an angle θ with respect to a crystal axis direction is 0 ° <θ <45 °. )
As shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1D, a cladding layer (3) of the first conductivity type, an active layer (4), and a cladding layer (5) of the second conductivity type are sequentially formed thereon. ), The active layer (4) on the mesa protrusion (2) is separated from the active layer (5) on the other part, and is disposed between the first and second conductivity type cladding layers (3) and (5). Epitaxial growth as
The diffraction grating (1
3) Form.

〔作用〕[Action]

上述したように、本発明半導体レーザの製法によれ
ば、〈011〉結晶軸方向に対する角度θを、0゜<θ<4
5゜とした方向に沿うストライプ状メサ突起(2)が形
成された(100)結晶面を有する半導体基体(1)を用
意し、この主面(1A)上に順次ストライプ状エピタキシ
ャル成長層(30)を形成するものであるが、このときス
トライプ状エピタキシャル成長層(30)は、通常のMOCV
D法、即ちメチル系の有機金属を原料ガスとして行ったM
OCVD法による場合、ストライプ状メサ突起(2)の延長
する方向が〈011〉結晶軸方向からθ度傾いていること
から、(111)B結晶面が自然発生的に生じてくるとき
に第1図Bにその一製造工程の斜視図を示すように、階
段状乃至は鋸歯状に(111)B結晶面よりなる斜面(1
0)が形成される。従って、活性層(4)も階段状乃至
は鋸歯状の側面を有することとなり、回析格子(13)が
形成されることとなる。このように、階段状乃至は鋸歯
状斜面(10)の発生は、上述した角度θを0゜<θ<45
゜と選定するときに、良好に生じることが確認された。
As described above, according to the manufacturing method of the semiconductor laser of the present invention, the angle θ with respect to the <011> crystal axis direction is set to 0 ° <θ <4.
A semiconductor substrate (1) having a (100) crystal plane on which stripe-shaped mesa protrusions (2) are formed along a direction of 5 ° is prepared, and a stripe-shaped epitaxial growth layer (30) is sequentially formed on the main surface (1A). At this time, the stripe-shaped epitaxial growth layer (30) is made of a normal MOCV
Method D, that is, M performed using a methyl-based organic metal as a source gas
In the case of the OCVD method, the direction in which the stripe-shaped mesa protrusions (2) extend is inclined by θ degrees from the <011> crystal axis direction, so that the first (111) B crystal plane is generated spontaneously. FIG. B shows a perspective view of one of the manufacturing steps, as shown in FIG.
0) is formed. Therefore, the active layer (4) also has a stepped or saw-toothed side surface, and a diffraction grating (13) is formed. As described above, the generation of the step-like or saw-tooth-like slope (10) is achieved by setting the above-mentioned angle θ to 0 ° <θ <45.
When it was selected as ゜, it was confirmed that it occurred favorably.

回析格子(13)のピッチはストライプ状メサ突起
(2)の〈011〉結晶軸方向からの角度θを変化させる
ことによって制御することができる。
The pitch of the diffraction grating (13) can be controlled by changing the angle θ of the stripe-shaped mesa projections (2) from the <011> crystal axis direction.

このような方法による場合、〈011〉結晶軸方向から
θ度傾けたストライプ状メサ突起(2)を形成するのみ
で回析格子(13)を得ることができることから、1回の
エピタキシャル成長によって簡単に形成することがで
き、また工程数の増加を伴うことなくDFBレーザを得る
ことができ、信頼性及び生産性の向上をはかることがで
きる。
According to such a method, the diffraction grating (13) can be obtained only by forming the stripe-shaped mesa protrusion (2) inclined at an angle of θ from the <011> crystal axis direction. A DFB laser can be obtained without increasing the number of steps, and reliability and productivity can be improved.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明製法を第1図A〜Dを参照して詳細に説
明する。
Hereinafter, the production method of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

この場合、AlGaAs系のIII−V族化合物半導体レーザ
を得る場合で、まず第1導電型例えばn型のGaAs基体よ
り成る半導体基体(1)を用意する。この半導体基体
(1)はその一主面(1A)が(100)結晶面を有してな
り、この主面(1A)上に所要の幅Wをもって、図示しな
いがストライプ状のエッチングマスク層を〈011〉結晶
軸方向から0゜<θ<45゜の範囲の傾き、例えばθ=5
゜の方向に沿って形成し、これをマスクとして主面(1
A)側から例えば硫酸系エッチング液のH2SO4とH2O2とH2
Oとが3:1:1の割合で混合されたエッチング液による結晶
学的エッチングを行う。このようにするとマスク層によ
って覆われていない部分からエッチングが進行し、第1
図Aに示すように〈011〉結晶軸方向から5゜傾斜した
方向に沿ってメサ溝(22)が形成されてこれによってス
トライプ状のメサ突起(2)の稜線(2A)が〈011〉結
晶軸方向から5゜傾斜した方向に形成される。
In this case, in the case of obtaining an AlGaAs III-V compound semiconductor laser, first, a semiconductor substrate (1) made of a first conductivity type, for example, an n-type GaAs substrate is prepared. This semiconductor substrate (1) has one main surface (1A) having a (100) crystal plane, and a stripe-shaped etching mask layer (not shown) having a required width W on the main surface (1A). <011> An inclination in the range of 0 ° <θ <45 ° from the crystal axis direction, for example, θ = 5
沿 っ is formed along the direction of ゜.
A) From the side, for example, H 2 SO 4 , H 2 O 2 and H 2
Crystallographic etching is performed with an etchant in which O is mixed at a ratio of 3: 1: 1. In this case, etching proceeds from a portion not covered by the mask layer, and the first
As shown in FIG. A, a mesa groove (22) is formed along a direction inclined by 5 ° from the <011> crystal axis direction, whereby the ridge line (2A) of the stripe-shaped mesa protrusion (2) is formed by the <011> crystal. It is formed in a direction inclined by 5 ° from the axial direction.

次にエッチングマスクを除去した後に、第1図Bに略
線的斜視図を示すように、通常のMOCVD法、即ちメチル
系の有機金属を原料ガスとするMOCVD法によって第1導
電型例えばn型のAlxGa1-xAsのクラッド層(3)をエピ
タキシャル成長する。この場合、エピタキシャル成長が
メサ溝(22)内とメサ突起(2)上とにおいて行われる
が、このエピタキシャル成長が進行するとメサ突起
(2)の上面では(100)結晶面に対しての角度が約55
゜をなす(111)B結晶面よりなる斜面(10)が自然発
生的に生じてくる。しかしながら、メサ突起(2)の稜
線(2A)がこの(111)B結晶面と、主面(1A)による
(100)結晶面とが交叉する線上、即ち〈011〉結晶軸方
向から5゜傾斜しているため、この斜面(10)は階段状
乃至は鋸歯状に小刻みな凹凸をもって形成され、これに
より回析格子(13)を形成することができる。
Next, after removing the etching mask, as shown in a schematic perspective view in FIG. 1B, the first conductivity type, for example, n-type, is obtained by a normal MOCVD method, that is, a MOCVD method using a methyl-based organic metal as a source gas. The Al x Ga 1-x As clad layer (3) is epitaxially grown. In this case, the epitaxial growth is performed in the mesa groove (22) and on the mesa protrusion (2). When the epitaxial growth proceeds, the angle of the upper surface of the mesa protrusion (2) with respect to the (100) crystal plane is about 55.
A slope (10) composed of a (111) B crystal plane forming 生 じ naturally occurs. However, the ridge line (2A) of the mesa protrusion (2) is on a line where the (111) B crystal plane and the (100) crystal plane formed by the main surface (1A) intersect, that is, <011> is inclined by 5 ° from the crystal axis direction. Therefore, the slope (10) is formed in a stepped or sawtooth shape with small irregularities, whereby a diffraction grating (13) can be formed.

そしてこの場合、この刻みの度合い即ち回析格子のピ
ッチは、メサ突起(2)の〈011〉結晶軸方向となす角
度θに比例して変化させることができる。従って、この
角度θの制御によって、回析格子(13)のピッチを各発
信波長によって変化させ、良好な単一波長発振をなすDF
Bレーザを得ることができる。
In this case, the degree of this step, that is, the pitch of the diffraction grating, can be changed in proportion to the angle θ between the mesa projection (2) and the <011> crystal axis direction. Therefore, by controlling the angle θ, the pitch of the diffraction grating (13) is changed according to each transmission wavelength, and the DF that forms good single-wavelength oscillation is formed.
B laser can be obtained.

そしてこのような階段状の斜面(10)を形成しなが
ら、続いて第1図Cにその略線的斜視図を示すように、
例えばアンドープのAlyGa1-yAsよりなる活性層(4)を
エピタキシャル成長する。この場合、斜面(10)よりな
る(111)B結晶面にはメチル系MOCVD法によるエピタキ
シャル成長層が生じにくいので、活性層(4)はこの斜
面(10)上には実質的にほとんど成長されず、メサ突起
(2)上と、その両側のメサ溝(22)上のクラッド層
(3)とに選択的に互いに分断して形成することができ
る。この後続いて第2導電型の例えばp型のAlxGa1-xAs
によるクラッド層(5)を、同様にメチル系MOCVD法に
よって連続エピタキシャル成長する。この場合、p型の
クラッド層(5)は、これの成長が進行してメサ突起
(2)上においてその両側の斜面(10)が交叉する厚さ
にまで成長させる。
Then, while forming such a step-like slope (10), as shown in the schematic perspective view of FIG.
For example, an active layer (4) made of undoped Al y Ga 1-y As is epitaxially grown. In this case, since the epitaxial growth layer by the methyl MOCVD method is hardly generated on the (111) B crystal plane formed by the slope (10), the active layer (4) is hardly grown on the slope (10). , On the mesa protrusion (2) and the cladding layer (3) on the mesa groove (22) on both sides thereof. Following this, for example, p-type Al x Ga 1 -x As of the second conductivity type
Is continuously epitaxially grown by the methyl-based MOCVD method. In this case, the growth of the p-type cladding layer (5) proceeds to a thickness at which the slopes (10) on both sides of the mesa projection (2) intersect.

一方、第1図B及び第1図Cはメサ突起(2)上のス
トライプ状エピタキシャル成長層以外のエピタキシャル
成長層を排除して示した斜視図であるが、メサ溝(22)
内においては第1図Dに略線的断面図を示すように、メ
サ突起(2)上のn型クラッド層(3)の斜面(10)に
よる端面の中間位置までこのp型のクラッド層(5)の
メサ溝(22)における成長を行う。
On the other hand, FIGS. 1B and 1C are perspective views excluding the epitaxially grown layers other than the stripe-shaped epitaxially grown layers on the mesa projections (2).
In FIG. 1D, as shown in a schematic cross-sectional view of FIG. 1D, the p-type clad layer ( 5) The growth in the mesa groove (22) is performed.

次に例えばn型すなわち第1導電型のクラッド層
(3)と同組成の例えばn型のAlxGa1-xAsよりなる電流
ブロック層(6)を同様にメチル系MOCVD法によってエ
ピタキシャル成長する。このようにすると(111)B面
による斜面(10)上にはほとんどその成長がなされず、
メサ溝(22)上で限定的に電流ブロック層(6)が形成
され、メサ突起(2)上にストライプ状のエピタキシャ
ル成長層(30)が形成されるとともに、これを挟んで両
側に活性層(4)の端面にその対向端面が衝合されるよ
うに電流ブロック層(6)を形成することができる。
Next, a current block layer (6) made of, for example, n-type Al x Ga 1 -x As having the same composition as the n-type, ie, first conductivity type cladding layer (3), is similarly epitaxially grown by a methyl MOCVD method. In this way, little growth occurs on the slope (10) formed by the (111) B plane,
A current block layer (6) is formed only on the mesa groove (22), and a stripe-shaped epitaxial growth layer (30) is formed on the mesa protrusion (2). The current blocking layer (6) can be formed so that the opposing end face abuts on the end face of 4).

さらに、第2導電型のクラッド層(5)と例えば同組
成のp型のAlxGa1-xAsよりなる第2導電型のクラッド層
(7)及びこれと同導電型のGaAsよりなる高不純物濃度
のキャップ層(8)を、順次メチル系或いはエチル系MO
CVD法によってエピタキシャル成長する。この場合、メ
チル系MOCVD法による場合は、第2導電型のクラッド層
(7)は初期においてはほとんど(111)B結晶面によ
る斜面(10)上には成長されないが、メサ溝(22)上に
おいて成長が進行するにつれて両斜面(10)の突き合わ
せ部に(111)B結晶面以外の結晶面が生じてくると、
ストライプ状エピタキシャル成長層(30)上を横切って
全面的にこれら第2導電型のクラッド層(7)及びキャ
ップ層(8)の形成がなされる。そして、キャップ層
(8)上と半導体基体(1)の裏面とに図示しないがそ
れぞれ対向電極をオーミックに被着して、目的とするDF
B半導体レーザが得られる。
Further, the second conductive type clad layer (5) and the second conductive type clad layer (7) made of, for example, p-type Al x Ga 1-x As having the same composition and a high conductive layer made of GaAs of the same conductive type. The cap layer (8) having the impurity concentration is sequentially formed with a methyl-based or ethyl-based MO.
Epitaxial growth by CVD method. In this case, when the methyl-based MOCVD method is used, the cladding layer (7) of the second conductivity type hardly grows on the slope (10) formed by the (111) B crystal plane at the initial stage, but it grows on the mesa groove (22). As the growth progresses, when a crystal plane other than the (111) B crystal plane is generated at the abutting portion of both slopes (10),
The cladding layer (7) and the cap layer (8) of the second conductivity type are entirely formed across the stripe-shaped epitaxial growth layer (30). Then, although not shown, opposing electrodes are ohmically deposited on the cap layer (8) and the back surface of the semiconductor substrate (1), respectively, to obtain a desired DF.
A B semiconductor laser is obtained.

この場合各層(3)〜(8)はそれぞれのMOCVD法に
おいて不純物源ガス、III−V族原料ガスの種類及びこ
れらの割合を変えるのみで連続的に形成し得るものであ
る。ここに、メチル系MOCVD法におけるその原料ガスと
してはトリメチルアルミニウム及びトリメチルガリウ
ム、アルシンAsH3を用いることができ、またエチル系MO
CVD法においてはトリエチルアルミニウム、トリエチル
ガリウム、アルシンAsH3によって行うことができる。
In this case, each of the layers (3) to (8) can be continuously formed only by changing the type of the impurity source gas, the group III-V source gas and the ratio thereof in each MOCVD method. Here, trimethyl aluminum and trimethyl gallium as a raw material gas in the methyl system MOCVD method, it is possible to use arsine AsH 3, also ethyl system MO
It can be performed triethyl aluminum, triethyl gallium, by arsine AsH 3 in a CVD method.

また、活性層(4)の組成AlyGa1-yAsに対して、両ク
ラッド層(3)、(5)及び電流ブロック層(6)の組
成AlxGa1-xAsは、x>yに選定して、活性層(4)のバ
ンドギャップに比して各層(3)、(5)、(6)及び
(7)のバンドギャップを大に選定する。
In addition, the composition Al x Ga 1 -x As of the cladding layers (3), (5) and the current blocking layer (6) is x> with respect to the composition Al y Ga 1 -y As of the active layer (4). The band gap of each of the layers (3), (5), (6) and (7) is selected to be larger than the band gap of the active layer (4).

上述の構成によるDFB型かつSDH型の半導体レーザによ
れば、メサ突起(2)上のエピタキシャル成長層(30)
におけるストライプ状の活性層(4)がその上下及び両
側端面においてそれぞれ活性層(4)よりバンドギャッ
プの大なるクラッド層(3)(5)及び電流ブロック層
(6)によって囲まれていることによって、光及びキャ
リアの閉じ込めがなされ、かつ電流ブロック層(6)に
よる電流集中によってしきい値電流Ithの低減化がはか
られるとともに、この活性層(4)の側方端面に回析格
子(13)が形成されることによって、この回析格子(1
3)によるブラッグ反射によって単一波長発進を実現す
ることができる。
According to the DFB type and SDH type semiconductor laser having the above configuration, the epitaxial growth layer (30) on the mesa protrusion (2)
Is surrounded by a cladding layer (3) (5) and a current blocking layer (6) having a bandgap larger than that of the active layer (4) on the upper, lower, and both end faces thereof. , Light and carriers are confined, and the threshold current I th is reduced by current concentration by the current blocking layer (6), and a diffraction grating ( 13) to form this diffraction grating (1
A single wavelength launch can be realized by Bragg reflection according to 3).

また、上述した例においては、半導体基体(1)がGa
Asである場合であり、吸収カップリングによる単一波長
発振が行われるものであるが、このGaAs系に限らず基体
(1)が例えばInP基板より成る構成とすることもで
き、この場合は屈折率カップルとしての動作がなされ
る。
In the example described above, the semiconductor substrate (1) is Ga
In the case of As, single wavelength oscillation is performed by absorption coupling. However, the substrate (1) is not limited to this GaAs-based material, and may have a configuration in which, for example, an InP substrate is used. The operation is performed as a rate couple.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

上述の本発明製法によれば、〈011〉結晶軸方向に対
する角度θを、0゜<θ<45゜例えば数度とした方向に
沿うストライプ状メサ突起(2)が形成された(100)
結晶面を有する半導体基体(1)の主面(1A)上に、単
にメチル系の有機金属を原料ガスとして行ったMOCVD法
によりストライプ状エピタキシャル成長層(30)を形成
するのみで、自然発生的に生じてくる(111)B結晶面
により階段状乃至は鋸歯状に回析格子(13)を有する斜
面(10)を形成することができる。
According to the manufacturing method of the present invention described above, the stripe-shaped mesa projections (2) are formed along the direction where the angle θ with respect to the <011> crystal axis direction is 0 ° <θ <45 °, for example, several degrees (100).
The stripe-shaped epitaxial growth layer (30) is spontaneously formed on the main surface (1A) of the semiconductor substrate (1) having a crystal plane simply by MOCVD using a methyl-based organic metal as a source gas. A slope (10) having a diffraction grating (13) can be formed stepwise or in a sawtooth shape by the generated (111) B crystal plane.

即ち本発明方法によれば、結晶成長の特異性を利用し
て回析格子(13)を構成するので、簡単かつ確実に所定
ピッチの回析格子(13)をストライプ状メサ突起(2)
の〈011〉結晶軸方向からの角度θを変化させることに
よって制御することができるため、この回析格子(13)
のブラッグ反射によって所要の単一波長を発振しうるDF
Bレーザを確実に得ることができることになる。
That is, according to the method of the present invention, the diffraction grating (13) is formed by utilizing the peculiarity of crystal growth, so that the diffraction grating (13) having a predetermined pitch can be easily and reliably formed into the stripe-shaped mesa projection (2).
<011> can be controlled by changing the angle θ from the crystal axis direction.
That can oscillate the required single wavelength by Bragg reflection
The B laser can be obtained reliably.

またこのような方法による場合、回析格子(13)を形
成して後に1回の連続エピタキシャル成長を行えばよい
ことから、膜質変化を伴うことなく、また工程数の増加
を伴うことなく安定したDFBレーザを簡単に得ることが
でき、信頼性及び生産性の向上と歩留りの向上をはかる
ことができる。
In addition, according to such a method, since it is only necessary to form the diffraction grating (13) and then perform one continuous epitaxial growth, a stable DFB without changing the film quality and without increasing the number of steps. A laser can be easily obtained, and reliability, productivity, and yield can be improved.

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

第1図A〜Dは本発明による半導体レーザの製法の一例
を示す製造工程図、第2図は従前の半導体レーザを示す
断面図、第3図は従前の半導体レーザの一例の斜視図、
第4図は従前の半導体レーザの一製造工程を示す斜視図
である。 (1)は半導体基体、(1A)は主面、(2)はメサ突
起、(22)はメサ溝、(2A)は稜線、(3)は第1導電
型のクラッド層、(4)は活性層、(5)は第2導電型
のクラッド層、(6)は電流ブロック層、(7)は第2
導電型のクラッド層、(8)はキャップ層、(10)は斜
面、(13)は回析格子、(30)はエピタキシャル成長層
である。
1A to 1D are manufacturing process diagrams showing an example of a method for manufacturing a semiconductor laser according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing a conventional semiconductor laser, FIG. 3 is a perspective view showing an example of a conventional semiconductor laser,
FIG. 4 is a perspective view showing one manufacturing process of a conventional semiconductor laser. (1) is a semiconductor substrate, (1A) is a main surface, (2) is a mesa projection, (22) is a mesa groove, (2A) is a ridgeline, (3) is a first conductivity type cladding layer, and (4) is a An active layer, (5) a cladding layer of the second conductivity type, (6) a current blocking layer, and (7) a second
A conductive clad layer, (8) is a cap layer, (10) is a slope, (13) is a diffraction grating, and (30) is an epitaxial growth layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01S 3/18 H01L 21/205 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01S 3/18 H01L 21/205

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】〈011〉結晶軸方向に対する角度θが、 0゜<θ<45゜をなす方向に沿うストライプ状メサ突起
が形成された(100)結晶面を有する半導体基体の主面
上に、 順次少くとも第1導電型のクラッド層と、活性層と、第
2導電型のクラッド層を、上記メサ突起上の活性層が他
部上の活性層と分断して、上記第1及び第2導電型のク
ラッド層間に配されるようにエピタキシャル成長させ
て、このエピタキシャル成長層の側面に回析格子を形成
する ことを特徴とする半導体レーザの製法。
<011> On a main surface of a semiconductor substrate having a (100) crystal plane on which stripe-shaped mesa projections are formed along a direction in which an angle θ with respect to a crystal axis direction is 0 ° <θ <45 °. The active layer on the mesa protrusion is separated from the active layer on the other part by sequentially separating at least the first conductive type clad layer, the active layer, and the second conductive type clad layer. A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising: epitaxially growing so as to be arranged between two conductive type cladding layers; and forming a diffraction grating on a side surface of the epitaxial growth layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107482477A (en) * 2017-07-28 2017-12-15 长春理工大学 Surface and the high-power distributed feedback semiconductor laser of side dielectric grating modulation

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