JP3186645B2 - Semiconductor laser and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor laser and method of manufacturing the same

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JP3186645B2
JP3186645B2 JP12627697A JP12627697A JP3186645B2 JP 3186645 B2 JP3186645 B2 JP 3186645B2 JP 12627697 A JP12627697 A JP 12627697A JP 12627697 A JP12627697 A JP 12627697A JP 3186645 B2 JP3186645 B2 JP 3186645B2
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光計測器
用光源、ファイバアンプや固体レーザの励起用光源及び
光情報処理などに用いて好適とされる半導体レーザ及び
その製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser suitable for use in optical communication, a light source for optical measuring instruments, a fiber amplifier, a light source for exciting a solid-state laser, optical information processing, and the like, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信や光情報処理に用いられる半導体
レーザには、素子自身の低価格化と共に、例えば温度調
節なしで動作できるように、高温特性の改善等が要求さ
れている。また、光計測器用光源、ファイバアンプや固
定レーザの励起用光源に用いられる半導体レーザには、
より高い光出力が求められ続けている。
2. Description of the Related Art A semiconductor laser used for optical communication and optical information processing is required to have a high-temperature characteristic and the like so as to be able to operate without temperature control, for example, as well as to reduce the cost of the device itself. In addition, semiconductor lasers used as light sources for optical measuring instruments, excitation light sources for fiber amplifiers and fixed lasers include:
Higher light output continues to be required.

【0003】そこで、例えば特開平6−104527号
公報には、高温特性や光出力特性に優れた光半導体素子
を均一性、再現性よく製作すること目的として、大面積
基板上に有機金属気相成長法(MOVPE)の選択成長
技術を用いて活性層及びPNPNサイリスタ構造を有す
るブロック層を形成して高出力特性に優れ均一性の良い
半導体レーザを作製する方法が提案されている。
[0003] For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-104527 discloses a method for manufacturing an organic semiconductor element having excellent high-temperature characteristics and optical output characteristics with good uniformity and reproducibility on a large-area substrate. A method has been proposed in which an active layer and a block layer having a PNPN thyristor structure are formed by using a selective growth technique of a growth method (MOVPE) to manufacture a semiconductor laser having high output characteristics and excellent uniformity.

【0004】図5及び図6は、上記特開平6−1045
27号公報に記載される半導体レーザの製作方法の主要
工程を工程順に示した断面図である。なお、図5及び図
6は単に図面作成の都合で分図されたものである。
FIG. 5 and FIG.
FIG. 27 is a cross-sectional view showing main steps of a method of manufacturing a semiconductor laser described in Japanese Patent Publication No. 27 in order of steps. FIGS. 5 and 6 are merely separated for convenience of drawing.

【0005】(100)n−InP基板1の表面にSi
2膜21を[011]方向の2本の平行なストライプ
状に形成し(図5(a)参照)、n−InPクラッド層
2、多重量子井戸からなる活性層3、p−InPクラッ
ド層4からなるダブルヘテロ構造を選択成長する(図5
(b)参照)。
The surface of the (100) n-InP substrate 1 is made of Si
The O 2 film 21 is formed in two parallel stripes in the [011] direction (see FIG. 5A), the n-InP cladding layer 2, the active layer 3 composed of multiple quantum wells, and the p-InP cladding layer 4 is selectively grown (see FIG. 5).
(B)).

【0006】次に、SiO2膜21を、p−InPクラ
ッド層の活性領域上のみを残すようにパターニングを行
い(図5(c)参照)、p−InPブロック層5、n−
InPブロック層6を選択埋め込み成長する(図5
(d)参照)。
Next, the SiO 2 film 21 is patterned so as to leave only the active region of the p-InP cladding layer (see FIG. 5C), and the p-InP block layer 5 and the n-type
The InP block layer 6 is selectively buried and grown (FIG. 5).
(D)).

【0007】最後に、SiO2膜を除去し、p−InP
クラッド層9及びp−InGaAsコンタクト層11を
成長する(図6(e)参照)。
Finally, the SiO 2 film is removed and p-InP
The cladding layer 9 and the p-InGaAs contact layer 11 are grown (see FIG. 6E).

【0008】こうして3回の結晶成長を行ったあと、電
極31、32を形成して半導体レーザが完成する(図6
(f)参照)。
After the crystal growth is performed three times, electrodes 31 and 32 are formed to complete the semiconductor laser (FIG. 6).
(F)).

【0009】この製造方法を用いれば、導波路形成に半
導体のエッチング工程を伴わないため、制御性や歩留ま
りに優れたウェハを作製することができるとともに、活
性層3の両脇は、サイリスタ構造からなるブロック構造
になっているため、高出力特性にある程度優れた構造と
なっている。
According to this manufacturing method, since a semiconductor etching step is not involved in forming a waveguide, a wafer excellent in controllability and yield can be manufactured, and both sides of the active layer 3 have a thyristor structure. Because of this block structure, the structure has a high level of high output characteristics.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の半導体レーザの製造方法は、p−InPブロック層
及びn−InPブロック層の層厚を厚くすることができ
ず、大電流注入時や高温動作時に、サイリスタがターン
オンするという問題があった。以下に、ブロック層厚を
厚くできない理由を述べる。
However, this conventional method for manufacturing a semiconductor laser cannot increase the thickness of the p-InP block layer and the n-InP block layer, and thus cannot be used at the time of large current injection or high-temperature operation. Sometimes, there was a problem that the thyristor turned on. The reason why the thickness of the block layer cannot be increased will be described below.

【0011】上記特開平6−104527号公報記載の
半導体レーザのような、屈折率導波型の半導体レーザの
場合、安定した基本横モードで発振するためには活性層
幅は1.5μm程度以下であるのが望ましい。
In the case of a semiconductor laser of a refractive index guide type, such as the semiconductor laser described in JP-A-6-104527, the width of the active layer is not more than about 1.5 μm in order to oscillate in a stable fundamental transverse mode. It is desirable that

【0012】また、活性層の直上にのみSiO2膜を残
すようなパターニングを行う為には活性層直上の平坦部
が1.2μm以上あることが望ましい。
In order to perform patterning so as to leave the SiO 2 film only on the active layer, it is desirable that the flat portion on the active layer has a thickness of 1.2 μm or more.

【0013】更に、選択成長を用いて活性層を形成する
場合は選択成長が進むにつれて実効的なマスク幅が変化
し成長速度、組成等が変化するため制御性が劣化してく
ることを勘案すると、活性層の位置は、基板から0.1
〜0.2μm程度にあることが望ましい。
Further, when an active layer is formed using selective growth, it is necessary to take into account that the controllability deteriorates because the effective mask width changes as the selective growth progresses, and the growth rate and composition change. The position of the active layer is 0.1 mm from the substrate.
It is desirably about 0.2 μm.

【0014】従って、n−InPクラッド層2、活性層
3、p−InPクラッド層4からなる導波路の高さは
0.3〜0.4μm程度になる。
Therefore, the height of the waveguide composed of the n-InP cladding layer 2, the active layer 3, and the p-InP cladding layer 4 is about 0.3 to 0.4 μm.

【0015】ここで、p−InPブロック層とn−In
Pブロック層をそれぞれ約0.8μm以上計約1.6μ
m以上成長させると、n−InPブロック層6が活性層
の上部にせり出して成長を始める(図6(g)参照)。
Here, the p-InP block layer and the n-InP
Each of the P block layers is about 0.8 μm or more, and a total of about 1.6 μm
After the growth of m or more, the n-InP block layer 6 protrudes above the active layer and starts growing (see FIG. 6 (g)).

【0016】従って、ホールが流れる断面積が小さくな
り、素子の直列抵抗が増大し、結果的に、高電流注入時
に発熱し、高出力が得られない、という問題点を有して
いる。
Accordingly, there is a problem in that the cross-sectional area through which holes flow becomes small, the series resistance of the element increases, and as a result, heat is generated when a high current is injected, and a high output cannot be obtained.

【0017】また、最悪の場合には、n−InPブロッ
ク層が活性層の上でつながってしまい、電流が全く流れ
ない素子が作製され、歩留まりを大幅に落とすことにな
るという問題点を有している。
Further, in the worst case, the n-InP block layer is connected on the active layer, so that an element in which no current flows at all is manufactured, and the yield is greatly reduced. ing.

【0018】従って、ブロック層厚を薄くしたままであ
ると、サイリスタの耐圧がとれず、高電流注入時にター
ンオンし、ブロック層を厚くすると、抵抗が増大し発熱
のために高出力が得られないということになる。
Therefore, if the thickness of the block layer is kept small, the thyristor cannot withstand the breakdown voltage, and is turned on at the time of high current injection. If the thickness of the block layer is large, the resistance increases and heat is generated, so that high output cannot be obtained. It turns out that.

【0019】更に、一方、ブロック層厚を厚くしない
で、各ブロック層の濃度を上げて、サイリスタの耐圧を
増大させようとした場合、接合容量が増大し、高速応答
ができなくなる、という問題もあった。
On the other hand, if the concentration of each block layer is increased without increasing the thickness of the block layer to increase the withstand voltage of the thyristor, the junction capacitance increases and high-speed response cannot be performed. there were.

【0020】したがって、本発明は、上記問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的は、選択成長によっ
て半導体のエッチングなしで光導波路を形成した半導体
レーザの電流ブロック層の厚さを十分厚くし、ブロック
構造におけるサイリスタの耐圧を向上させ高出力、高温
特性の向上を実現する半導体レーザおよびその製造方法
を提供することにある。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to reduce the thickness of a current blocking layer of a semiconductor laser in which an optical waveguide is formed by selective growth without etching a semiconductor. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser which is thickened, improves a breakdown voltage of a thyristor in a block structure, and realizes high output and high temperature characteristics, and a method of manufacturing the same.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の半導体レーザは、活性層を含む光導波路層
の両側に電流ブロック層を備えた半導体レーザにおい
て、前記電流ブロック層が複数層積層された半導体層か
らなり、前記複数層積層された半導体層のうち少なくと
も一の半導体層が他の半導体層と組成が異なり、前記電
流ブロック層において、組成の異なる前記一の半導体層
前記電流ブロック層の前記他の半導体層のうち組成
及び導電型が同一の半導体層の間に介挿されており、且
つ、組成の異なる前記一の半導体層は、製造時のエッチ
ングストッパー層である、ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a semiconductor laser according to the present invention comprises a current blocking layer on both sides of an optical waveguide layer including an active layer, wherein the current blocking layer comprises a plurality of current blocking layers. Stacked semiconductor layers
At least one of the plurality of stacked semiconductor layers.
Another semiconductor layer has a different composition from the other semiconductor layers.
In the flow blocking layer, the one semiconductor layer having a different composition
Is the composition and conductivity type of said other semiconductor layer of the current blocking layer is interposed between the same semiconductor layer,且
The one semiconductor layer having a different composition is etched at the time of manufacturing.
A stopper layer .

【0022】また、本発明の半導体レーザの製造方法
は、(a)第一導電型半導体基板上に活性層を含む光導
波路層を選択成長を用いて形成する工程と、(b)前記
光導波路層直上にのみ成長阻止マスクを形成し選択成長
によってその両端に第二導電型半導体ブロック層と第一
導電型半導体ブロック層を形成する工程と、(c)前記
光導波路層直上の成長阻止マスクを除去し、第一導電型
前記半導体ブロック層と組成の異なる半導体、及び同
じ組成の半導体を、連続して全面に積層する工程と、
(d)前記光導波路層直上の前記第一導電型の半導体を
選択的に除去する工程と、(e)第二導電型の半導体で
全体を埋め込む工程と、を含むことを特徴とする。
Further, the method for manufacturing a semiconductor laser according to the present invention comprises the steps of (a) forming an optical waveguide layer including an active layer on a first conductivity type semiconductor substrate by using selective growth; and (b) forming the optical waveguide layer. forming a second conductivity type semiconductor blocking layer and the first conductivity type semiconductor blocking layer on both ends only by forming selectively grown growth blocking mask directly layers, (c) the
Removing the growth inhibition mask immediately above the optical waveguide layer , a semiconductor of a different composition from the semiconductor block layer in the first conductivity type, and a semiconductor of the same composition, continuously laminating the entire surface,
(D) a step of selectively removing the semiconductor of the first conductivity type immediately above the optical waveguide layer ; and (e) a step of embedding the entirety with the semiconductor of the second conductivity type.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して具体的に説明する。図1及び図2は、
本発明の最良の実施の形態を説明するための製造工程図
である。なお、図1及び図2は単に図面作成の都合で分
図されたものである。
Next, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. 1 and 2
FIG. 5 is a manufacturing process diagram for describing the best embodiment of the present invention. FIGS. 1 and 2 are merely separated for convenience of drawing.

【0024】本発明の実施の形態において、第一導電型
半導体基板上に選択成長によって活性層を含む導波路層
を直接形成し(図1(b)参照)、導波路層直上にのみ
成長阻止マスクを形成し、第二導電型半導体ブロック層
と第一導電型半導体ブロック層の一部を形成する(図1
(d)参照)。
In the embodiment of the present invention, a waveguide layer including an active layer is directly formed on a first conductivity type semiconductor substrate by selective growth (see FIG. 1B), and growth is stopped only on the waveguide layer. A mask is formed, and a part of the second conductivity type semiconductor block layer and the first conductivity type semiconductor block layer is formed (FIG. 1).
(D)).

【0025】次に、導波路層直上の成長阻止マスクを除
去し、さらに、第一導電型で上記半導体ブロック層と組
成の異なる半導体からなるエッチングストッパー層、及
び第1導電型で、上記半導体ブロック層と同じ組成の半
導体を、連続して全面に積層する(図2(f)参照)。
Next, the growth blocking mask immediately above the waveguide layer is removed, an etching stopper layer of a first conductivity type made of a semiconductor having a composition different from that of the semiconductor block layer, and a semiconductor block of the first conductivity type made of the semiconductor block layer. A semiconductor having the same composition as the layer is continuously laminated on the entire surface (see FIG. 2F).

【0026】導波路層直上にある第一導電型半導体ブロ
ック層とエッチングストッパー層を選択的に除去し、第
二導電型クラッド層で埋め込む(図2(i)参照)。
The first conductivity type semiconductor block layer and the etching stopper layer immediately above the waveguide layer are selectively removed and filled with a second conductivity type cladding layer (see FIG. 2 (i)).

【0027】このような構造及び方法をとることで、活
性層脇のブロック層を十分に厚くすることが可能にな
る。
By adopting such a structure and method, it is possible to make the block layer beside the active layer sufficiently thick.

【0028】[0028]

【実施例】上記した本発明の実施の形態について更に詳
細に説明すべく、本発明の実施例について図面を参照し
て以下に詳細に説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention;

【0029】図1及び図2は、本発明の第一の実施例を
説明するための図であり、主要製造工程を工程順に模式
的に示した断面図である。なお、図1及び図2は単に図
面作成の都合で分図されたものである。
FIGS. 1 and 2 are views for explaining a first embodiment of the present invention, and are cross-sectional views schematically showing main manufacturing steps in the order of steps. FIGS. 1 and 2 are merely separated for convenience of drawing.

【0030】(100)n−InP基板1表面に、Si
2膜21を堆積し、SiO2膜21を、[011]方向
にストライプが向くようにパターニングした(図1
(a)参照)。このとき、マスク間隔は1.5μmであ
り、マスク幅は5μmである。
On the surface of the (100) n-InP substrate 1, Si
An O 2 film 21 is deposited, and the SiO 2 film 21 is patterned so that the stripes face in the [011] direction (FIG. 1).
(A)). At this time, the mask interval is 1.5 μm and the mask width is 5 μm.

【0031】このマスク開口部へ、MOVPEを用い
て、n−InPクラッド層2、MQW(Multiple Quan
tum Well;多重量子井戸)からなる活性層3、p−I
nPクラッド層4を選択成長した(図1(b)参照)。
Using the MOVPE, the n-InP cladding layer 2 and the MQW (Multiple Quan)
active layer 3, composed of a multi quantum well (tum Well), p-I
The nP cladding layer 4 was selectively grown (see FIG. 1B).

【0032】ここで、n−InPクラッド層2は厚さ1
00nm、キャリア濃度は1×1017cm-3であり、p
−InPクラッド層4は厚さ150nm、キャリアの濃
度5×1017cm-3とし、またMQW活性層3は、SC
H(Separate ConfinementHeterostructure;分離型閉
じ込めヘテロ構造)層が波長組成1.13μmのInG
aAsPで厚さ33nm、障壁層が波長組成1.2μm
のInGaAsPで厚さ7nm、量子井戸層が無歪のと
きの波長組成1.5μmのInGaAsPに約0.5%
の圧縮歪を導入した厚さ約5nmの層とし、量子井戸層
数は5とした。
Here, the n-InP cladding layer 2 has a thickness of 1
00 nm, the carrier concentration is 1 × 10 17 cm −3 ,
The InP cladding layer 4 has a thickness of 150 nm, a carrier concentration of 5 × 10 17 cm −3 , and the MQW active layer 3 has a thickness of SC
The H (Separate Confinement Heterostructure) layer is made of InG having a wavelength composition of 1.13 μm.
aAsP thickness 33 nm, barrier layer 1.2 μm wavelength composition
About 0.5% in InGaAsP having a wavelength composition of 1.5 μm when the thickness of the InGaAsP is 7 nm and the quantum well layer is unstrained.
And a quantum well layer with a thickness of about 5 nm in which the compressive strain was introduced.

【0033】n側のSCH層には、厚さ20nmまで1
×1018cm-3のドーピングを行い、それ以降は、p側
のSCH層までノンドープとした。
The n-side SCH layer has a thickness of 1 nm up to a thickness of 20 nm.
Doping of × 10 18 cm −3 was performed, and thereafter, the p-side SCH layer was non-doped.

【0034】次に、ストライプマスクSiO2膜を除去
し、p−InPクラッド直上に、SiO2マスク2
1をパターニングし(図1(c)参照)、p−InPブ
ロック層5(厚さ1μm、キャリア濃度6×1017cm
-3)と、n−InPブロック層6(厚さ0.4μm、キ
ャリア濃度1×1018cm-3)と、を埋め込み選択成長
する(図1(d)参照)。
Then, the stripe mask SiO 2 film is removed, and the SiO 2 mask 2 is formed immediately above the p-InP cladding layer 4.
1 (see FIG. 1 (c)), and a p-InP block layer 5 (thickness 1 μm, carrier concentration 6 × 10 17 cm)
-3 ) and the n-InP block layer 6 (0.4 .mu.m thick, carrier concentration 1.times.10@18 cm @ -3 ) are buried and selectively grown (see FIG. 1D).

【0035】つづいて、SiO2マスク21を除去し
(図1(e)参照)、波長組成1.13μmのp−In
GaAsPエッチングストッパー層7(厚さ0.1μ
m、キャリア濃度1×1018cm-3)と、n−InPブ
ロック層6(厚さ0.6μm、キャリア濃度1×1018
cm-3)を全面成長する(図2(f)参照)。
Subsequently, the SiO 2 mask 21 is removed (see FIG. 1E), and p-In having a wavelength composition of 1.13 μm is formed.
GaAsP etching stopper layer 7 (0.1 μm thick)
m, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 ) and n-InP block layer 6 (thickness 0.6 μm, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 ).
cm −3 ) is grown over the entire surface (see FIG. 2F).

【0036】次に、通常のフォトリソグラフィ技術を用
いて、活性層3を含む導波路層の部分にのみ窓が開
いたようなレジスト22のパターニングを行う(図2
(g)参照)。
Next, using conventional photolithography to pattern the resist 22 as a window is opened only in a portion of the waveguide layer on side including the active layer 3 (Fig. 2
(G)).

【0037】次に、塩酸燐酸系のエッチャントを用い
て、n−InPブロック層6のみ除去した後、硫酸過酸
化水素系のエッチャントを用いて、InGaAsPのエ
ッチングストッパー層7のみ除去する(図2(h)参
照)。
Next, only the n-InP block layer 6 is removed using a hydrochloric acid-phosphoric acid-based etchant, and then only the InGaAsP etching stopper layer 7 is removed using a sulfuric acid hydrogen peroxide-based etchant (FIG. 2 ( h)).

【0038】つづいて、レジストを除去し、p−InP
クラッド層9(厚さ2μm、キャリア濃度1×1018
-3)、波長組成1.2μmのp−InGaAsP層1
0(厚さ0.2μm、キャリア濃度1×1018
-3)、p−InGaAs層11(厚さ0.2μm、キ
ャリア濃度5×1018cm-3)をこの順に積層する。
Subsequently, the resist is removed and p-InP
Cladding layer 9 (2 μm thick, carrier concentration 1 × 10 18 c
m -3 ), p-InGaAsP layer 1 having a wavelength composition of 1.2 μm
0 (thickness 0.2 μm, carrier concentration 1 × 10 18 c
m −3 ) and a p-InGaAs layer 11 (thickness 0.2 μm, carrier concentration 5 × 10 18 cm −3 ) are stacked in this order.

【0039】こうして、4回の結晶成長により形成され
たウェハ表面に、n側電極31、p側電極32を形成す
る(図2(i)参照)。
Thus, an n-side electrode 31 and a p-side electrode 32 are formed on the wafer surface formed by the four crystal growths (see FIG. 2 (i)).

【0040】共振器長1200μmに切り出し、前方に
4%のAR(AntiRefrective)膜(SiONのλ/4
膜)と、後方に95%の高反射膜(SiO2(λ/4
膜)/a−Si(λ/4膜))/(SiO2(λ/4
膜)/a−Si(λ/4膜)/SiO2(λ/2膜))
をつけた。
A resonator length of 1200 μm was cut out, and a 4% AR (AntiRefrective) film (λ / 4 of SiON) was formed forward.
Film) and a 95% highly reflective film (SiO 2 (λ / 4)
Film) / a-Si (λ / 4 film)) / (SiO 2 (λ / 4
Film) / a-Si (λ / 4 film) / SiO 2 (λ / 2 film))
I attached.

【0041】コーティング済みのチップを200個の素
子を測定したところ、発振閾値電流の平均値は、18.
5mAで、偏差2.1mAであり、スロープ効率の平均
値は、0.42W/A偏差0.02W/Aであった。
When 200 elements were measured on the coated chip, the average value of the oscillation threshold current was 18.
At 5 mA, the deviation was 2.1 mA, and the average value of the slope efficiency was 0.42 W / A, and the deviation was 0.02 W / A.

【0042】ダイヤモンドのヒートシンクにジャンクシ
ョンダウンで組立たところ、I−L特性は、駆動電流5
00mAまで飽和が見られず、駆動電流500mAの時
の光出力は約190mWで発振波長は1.478μmで
あった。
When assembled on a diamond heat sink with a junction down, the IL characteristics are as follows.
No saturation was observed up to 00 mA, and the optical output at a drive current of 500 mA was about 190 mW and the oscillation wavelength was 1.478 μm.

【0043】また、駆動電流1.4Aまでブロック構造
におけるPNPNサイリスタのターンオンによる急激な
光出力の低下は観測されなかった。
Further, no sharp decrease in light output due to turn-on of the PNPN thyristor in the block structure was observed up to a drive current of 1.4 A.

【0044】従来の各ブロック層厚が0.6μm程度で
計約1.2μmのサイリスタ構造のブロック構造では、
駆動電流300mA程度から光出力は飽和し始め、駆動
電流800mAでサイリスタのターンオンが観測され
た。
In a conventional thyristor-structured block structure having a block layer thickness of about 0.6 μm and a total of about 1.2 μm,
The light output started to be saturated at a drive current of about 300 mA, and the thyristor was turned on at a drive current of 800 mA.

【0045】次に本発明の第二の実施例について図面を
用いて詳細に説明する。図3及び図4は、本発明の第二
の実施例を説明するための図であり、主要製造工程を工
程順に模式的に示した図である。なお、図3及び図4は
単に図面作成の都合で分図されたものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 3 and 4 are views for explaining the second embodiment of the present invention, and are diagrams schematically showing main manufacturing steps in the order of steps. Note that FIGS. 3 and 4 are merely separated for convenience of drawing.

【0046】(100)p−InP基板51上に、p−
InPバッファ層52(厚さ0.5μm、キャリア濃度
1×1018cm-3)を成長させたあと、干渉露光とウェ
ットエッチングにより、[011]方向へ、周期20
2.7nmのλ/4シフト回折格子を形成する。
The (100) p-InP substrate 51 has p-type
After growing the InP buffer layer 52 (thickness 0.5 μm, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 ), a period of 20 for the [011] direction is obtained by interference exposure and wet etching.
A 2.7 nm λ / 4 shift diffraction grating is formed.

【0047】この上に、SiO221を堆積し、これを
[011]方向へストライブが向く様にパターニングす
る(図3(a)参照)。このとき、マスク間隔は1.5
μmであり、マスク幅は3μmである。
On top of this, SiO 2 21 is deposited and patterned so that the stripes face in the [011] direction (see FIG. 3A). At this time, the mask interval is 1.5
μm, and the mask width is 3 μm.

【0048】この開口部へMOVPEを用いてInGa
AsPガイド層53、MQWからなる活性層3、n−I
nPクラッド層2の選択成長を行った(図3(b)参
照)。
In this opening, InGa is formed using MOVPE.
AsP guide layer 53, active layer 3 made of MQW, nI
The nP cladding layer 2 was selectively grown (see FIG. 3B).

【0049】InGaAsPガイド層53は波長組成
1.00μmで厚さ120nm、キャリア濃度は1×1
17cm-3であり、埋め込まれた回折格子の高さは、約
25nmである。
The InGaAsP guide layer 53 has a wavelength composition of 1.00 μm, a thickness of 120 nm, and a carrier concentration of 1 × 1.
0 17 cm -3 and the height of the embedded diffraction grating is about 25 nm.

【0050】MQW活性層3は、p側SCH層として、
波長組成1.05μmのInGaAsPを厚さ30nm
(そのうちp側の10nmを7×1017cm-3までドー
ピングし)、障壁層が波長組成1.05μmのInGa
AsPで厚さ8nm、量子井戸層が無歪のときの波長組
成1.29μmのInGaAsPに約0.7%の圧縮歪
を導入した厚さ約4.5nmの層とし、量子井戸層数は
10とし、n側SCH層として、波長組成1.05μm
のInGaAsPを厚さ40nmでキャリア濃度は1×
1018cm-3とした。
The MQW active layer 3 serves as a p-side SCH layer.
InGaAsP having a wavelength composition of 1.05 μm is formed to a thickness of 30 nm.
(10 nm on the p side is doped to 7 × 10 17 cm −3 ), and the barrier layer is made of InGa having a wavelength composition of 1.05 μm.
A layer of about 4.5 nm thick obtained by introducing about 0.7% compressive strain into InGaAsP having a wavelength composition of 1.29 μm when the quantum well layer is 8 nm thick and the quantum well layer is strain-free, and the number of quantum well layers is 10 And an n-side SCH layer having a wavelength composition of 1.05 μm
Of InGaAsP having a thickness of 40 nm and a carrier concentration of 1 ×
It was 10 18 cm -3 .

【0051】n−InPクラッド層2は厚さ100n
m、キャリア濃度1×1018cm-3とした。
The n-InP cladding layer 2 has a thickness of 100 n
m, and the carrier concentration was 1 × 10 18 cm −3 .

【0052】次に、ストライプマスクSiO2を除去し
活性層直上にSiO2マスク21をパターニングし(図
3(c)参照)、p−InPブロック層59(厚さ0.
1μm、キャリア濃度6×1017cm-3)と、n−In
Pブロック層6(厚さ0.6μm、キャリア濃度1×1
18cm-3)と、ノンドープのInP層54(厚さ0.
4μm)とp−InPブロック層5(厚さ0.4μm、
6×1017cm-3)と、を埋め込み選択成長する(図3
(d)参照)。
Next, the stripe mask SiO 2 is removed, and the SiO 2 mask 21 is patterned just above the active layer (see FIG. 3C), and the p-InP block layer 59 (having a thickness of 0.
1 μm, carrier concentration of 6 × 10 17 cm −3 ) and n-In
P block layer 6 (thickness 0.6 μm, carrier concentration 1 × 1
0 18 cm −3 ) and the non-doped InP layer 54 (thickness of 0.18 cm −3 ).
4 μm) and the p-InP block layer 5 (0.4 μm in thickness,
6 × 10 17 cm −3 ) and buried selective growth (FIG. 3)
(D)).

【0053】次に、SiO2マスク21を除去して(図
3(e)参照)、波長組成1.13μmのp−InGa
AsPエッチングストッパー層57(厚さ0.1μm、
キャリア濃度1×1018cm-3)と、p−InPブロッ
ク層52(厚さ0.6μm、キャリア濃度6×1017
-3)を全面成長する(図4(f)参照)。
Next, the SiO 2 mask 21 is removed (see FIG. 3E), and p-InGa having a wavelength composition of 1.13 μm is obtained.
AsP etching stopper layer 57 (0.1 μm thick,
Carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 ) and p-InP block layer 52 (thickness 0.6 μm, carrier concentration 6 × 10 17 c)
m −3 ) is grown over the entire surface (see FIG. 4F).

【0054】次に、通常のホトリソグラフィ技術を用い
て活性層3を含む導波路層のの部分のみ窓が開いた
ようなレジスト22のパターニングを行う(図4(g)
参照)。
Next, only the portion of the upper side of the waveguide layer including the active layer 3 using conventional photolithographic techniques to pattern the resist 22 as a window is opened (Fig. 4 (g)
reference).

【0055】塩酸燐酸系のエッチャントを用いてp−I
nPブロック層5のみ除去した後、硫酸過酸化水素系の
エッチャントを用いてInGaAsPのエッチングスト
ッパー層57のみ除去する(図4(h)参照)。
Using a hydrochloric acid-phosphoric acid type etchant, p-I
After removing only the nP block layer 5, only the etching stopper layer 57 of InGaAsP is removed using a sulfuric acid hydrogen peroxide-based etchant (see FIG. 4H).

【0056】レジストを除去し、n−InPクラッド層
60(厚さ2μm、キャリア濃度1×1018cm-3)、
n−InGaAs層56(厚さ0.2μm、キャリア濃
度5×1018cm-3)を積層する。
After removing the resist, the n-InP cladding layer 60 (thickness 2 μm, carrier concentration 1 × 10 18 cm −3 ),
An n-InGaAs layer 56 (thickness 0.2 μm, carrier concentration 5 × 10 18 cm −3 ) is laminated.

【0057】こうして5回の結晶成長により形成された
ウェハ表面に、高速用のメサ溝を形成し、n側電極3
1、p側電極32を形成した(図4(i)参照)。
A high-speed mesa groove is formed on the wafer surface formed by the five crystal growths in this manner, and the n-side electrode 3 is formed.
1. A p-side electrode 32 was formed (see FIG. 4 (i)).

【0058】このときのメサの上部の幅は8μmであ
り、n側電極のコンタクト幅は6μmである。
At this time, the width of the upper part of the mesa is 8 μm, and the contact width of the n-side electrode is 6 μm.

【0059】共振器長300μmに切り出し、両端面に
AR膜(SiNのλ/4膜:反射率1%以下)をつけ
た。
A cavity length of 300 μm was cut out, and AR films (λ / 4 film of SiN: reflectance of 1% or less) were provided on both end surfaces.

【0060】コーティング済みのチップを200個の素
子を測定したところ、発振閾値電流の平均値は11.2
mAで偏差1.5mAであり、スロープ効率の平均値は
0.33W/A偏差0.02W/Aであった。発振閾値
電流は10.2mA、スロープ効率は0.35W/Aの
素子をボロンナイトライドのヒートシンクにジャンクシ
ョンアップで組立て、85℃の特性を調べたところ、閾
値35mAスロープ効率が0.28W/Aと極めて良好
な高温特性を示した。
When the coated chip was measured for 200 devices, the average value of the oscillation threshold current was 11.2.
The deviation in mA was 1.5 mA, and the average value of the slope efficiency was 0.33 W / A deviation 0.02 W / A. A device having an oscillation threshold current of 10.2 mA and a slope efficiency of 0.35 W / A was assembled on a boron nitride heat sink by junction-up and the characteristics at 85 ° C. were examined. As a result, a threshold efficiency of 35 mA was found to be 0.28 W / A. It showed very good high temperature properties.

【0061】本実施例の素子で、−40℃から+90℃
の範囲で、駆動電流80mAまでSMSRが45dB以
上の極めて安定した単一軸モード発振が得られた。
In the device of this example, the temperature was from -40 ° C. to + 90 ° C.
In the range, an extremely stable single-axis mode oscillation with an SMSR of 45 dB or more was obtained up to a drive current of 80 mA.

【0062】更に、ブロック層にi−InP層(イント
リンシックInP層)を挟んだこと及び電極形成時に高
速用のメサ溝を形成したことで、本実施例の素子の容量
は6pFまで低減し、p基板を使用したことで活性層直
上の部分での抵抗も4Ωほどに低下しており−40℃か
ら+90℃の範囲で2.5Gb/sの安定な伝送を実現
した。
Further, by interposing an i-InP layer (intrinsic InP layer) in the block layer and forming a high-speed mesa groove at the time of forming the electrode, the capacitance of the device of this embodiment is reduced to 6 pF. By using the p-substrate, the resistance immediately above the active layer was reduced to about 4Ω, and stable transmission of 2.5 Gb / s was realized in the range of −40 ° C. to + 90 ° C.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上述べたように本発明の半導体レーザ
によれば、光導波路層の形成には半導体ウェットエッチ
ングを用いていないため、極めて均一な特性を得ること
ができるという効果を奏する。
As described above, according to the semiconductor laser of the present invention, since the semiconductor wet etching is not used for forming the optical waveguide layer, there is an effect that extremely uniform characteristics can be obtained.

【0064】また、本発明によれば、ブロック層を厚く
することが可能なため、ブロック構造のサイリスタの耐
圧を大きくすることができ、大電流を注入しても光出力
に飽和が見られず高出力を得ることができる。
Further, according to the present invention, since the blocking layer can be made thicker, the withstand voltage of the thyristor having the block structure can be increased, and even if a large current is injected, the light output does not become saturated. High output can be obtained.

【0065】更に、本発明によれば、i層を挿入して
も、十分なブロック層厚がとれるため、高温特性に優
れ、且つ接合容量の小さな高速用の素子を作製すること
ができるという効果を奏する。
Further, according to the present invention, even if an i-layer is inserted, a sufficient thickness of the block layer can be obtained, so that a high-speed element having excellent high-temperature characteristics and a small junction capacitance can be manufactured. To play.

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

【図1】本発明の第一の実施例の製造工程及び構造を説
明するための断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process and a structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第一の実施例の製造工程及び構造を説
明するための断面図である。
FIG. 2 is a sectional view for explaining a manufacturing process and a structure of the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第二の実施例の製造工程と構造を説明
するための断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process and a structure according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第二の実施例の製造工程と構造を説明
するための断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process and a structure according to a second embodiment of the present invention.

【図5】従来の半導体レーザの製造工程と構造を説明す
るための断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process and a structure of a conventional semiconductor laser.

【図6】従来の半導体レーザの製造工程と構造を説明す
るための断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process and a structure of a conventional semiconductor laser.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 n型InP基板 2 n型InPクラッド層 3 活性層 4 p型InPクラッド層 5 p型InPブロック層 6 n型InPブロック層 7 n型InGaAsPエッチングストッパー層 10 p型InGaAsPキャップ層 11 p型InGaAsキャップ層 21 SiO2膜 22 レジスト 31 n側電極 32 p側電極 51 p型InP基板 52 p型InPバッファ層 52 I−InP層 53 p型InGaAsPエッチングストッパー層 54 n型InGaAsキャップ層Reference Signs List 1 n-type InP substrate 2 n-type InP cladding layer 3 active layer 4 p-type InP cladding layer 5 p-type InP block layer 6 n-type InP block layer 7 n-type InGaAsP etching stopper layer 10 p-type InGaAsP cap layer 11 p-type InGaAs cap Layer 21 SiO 2 film 22 Resist 31 n-side electrode 32 p-side electrode 51 p-type InP substrate 52 p-type InP buffer layer 52 I-InP layer 53 p-type InGaAsP etching stopper layer 54 n-type InGaAs cap layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に活性層を含む光導波路層が選択成
長を用いて形成され、前記光導波路層直上にのみマスク
を残し選択成長によって前記光導波路層の両側に電流ブ
ロック層が形成される半導体レーザにおいて、 前記電流ブロック層が複数層積層された半導体層からな
り、前記複数層積層された半導体層のうち少なくとも一
半導体層が他の半導体層と組成が異なり、前記電流ブロック層において、 組成の異なる前記一の
導体層前記電流ブロック層の前記他の半導体層のう
組成及び導電型が同一の半導体層の間に介挿されて
り、且つ、組成の異なる前記一の半導体層は、製造時の
エッチングストッパー層である、ことを特徴とする半導
体レーザ。
An optical waveguide layer including an active layer is formed on a substrate by selective growth, and a current blocking layer is formed on both sides of the optical waveguide layer by selective growth while leaving a mask only on the optical waveguide layer. in the semiconductor laser that, the current blocking layer comprises a plurality of layers stacked semiconductor layers, at least one semiconductor layer of said plurality of layers stacked semiconductor layer is different in composition to the other semiconductor layer in said current blocking layer The one semiconductor layer having a different composition is the same as the other semiconductor layer of the current blocking layer.
That is, the composition and conductivity type are inserted between the same semiconductor layers .
And the one semiconductor layer having a different composition,
A semiconductor laser , which is an etching stopper layer .
【請求項2】(a)第一導電型半導体基板上に活性層を
含む光導波路層を選択成長を用いて形成する工程と、 (b)前記光導波路層直上にのみ成長阻止マスクを形成
し選択成長によってその両端に第二導電型半導体ブロッ
ク層と第一導電型半導体ブロック層を形成する工程と、 (c)前記光導波路層直上の前記成長阻止マスクを除去
し、第一導電型で前記半導体ブロック層と組成の異なる
半導体、及び同じ組成の半導体を、連続して全面に積層
する工程と、 (d)前記光導波路層直上の前記第一導電型の半導体を
選択的に除去する工程と、 (e)第二導電型の半導体で全体を埋め込む工程と、 を含む、 ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
(A) forming an optical waveguide layer including an active layer on the first conductivity type semiconductor substrate by using selective growth; and (b) forming a growth inhibition mask only directly on the optical waveguide layer. Forming a second conductivity type semiconductor block layer and a first conductivity type semiconductor block layer at both ends thereof by selective growth; and (c) removing the growth inhibition mask immediately above the optical waveguide layer, A step of continuously laminating a semiconductor having a composition different from that of the semiconductor block layer and a semiconductor having the same composition over the entire surface; and (d) selectively removing the semiconductor of the first conductivity type immediately above the optical waveguide layer. (E) a step of burying the whole with a semiconductor of the second conductivity type.
【請求項3】基板上に活性層を含む光導波路層が選択成
長を用いて形成され、前記光導波路層直上にのみマスク
を残し選択成長によって電流ブロック層が形成され、 前記電流ブロック層が、複数層積層された半導体層から
なり、このうち少なくとも一層が他の半導体層と組成が
異なる半導体レーザであって、 前記電流ブロック層が、第一から第四の半導体層を少な
くとも含み、 前記第二乃至第四の半導体層は前記基板と同一の第一導
電型とされ、前記第一の半導体層は第二導電型とされ、 前記第一、第二、及び第四の半導体層は同一組成よりな
り、組成が相違した前記第三の半導体層が製造時のエッ
チングストッパー層である、ことを特徴とする半導体レ
ーザ。
3. An optical waveguide layer including an active layer is formed on a substrate by using selective growth, and a current blocking layer is formed by selective growth while leaving a mask only on the optical waveguide layer. A semiconductor laser comprising a plurality of stacked semiconductor layers, at least one of which has a different composition from other semiconductor layers, wherein the current blocking layer includes at least a first to fourth semiconductor layer; The fourth to fourth semiconductor layers have the same first conductivity type as the substrate, the first semiconductor layer has the second conductivity type, and the first, second, and fourth semiconductor layers have the same composition. Wherein the third semiconductor layer having a different composition is an etching stopper layer during manufacturing.
【請求項4】(a)第一導電型半導体基板上に選択成長
によって活性層を含む導波路層を直接形成し、 (b)前記導波路層直上にのみ成長阻止用マスクを形成
して第二導電型半導体ブロック層と第一導電型半導体ブ
ロック層の一部を形成し、 (c)前記導波路層直上の成長阻止マスクを除去した
後、第一導電型で、前記半導体ブロック層と組成の異な
る半導体からなるエッチングストッパー層及び前記半導
体ブロック層と同じ組成の半導体を連続して全面に積層
し、 (e)前記導波路層直上にある第一導電型の前記半導体
層と前記エッチングストッパー層を選択的に除去し、第
二導電型クラッド層で埋め込む、 上記各工程を含む半導体レーザの製造方法。
4. A semiconductor device comprising: (a) a waveguide layer including an active layer directly formed on a first conductivity type semiconductor substrate by selective growth; and (b) a growth blocking mask formed only directly on the waveguide layer. Forming a part of the two-conductivity-type semiconductor block layer and the first-conductivity-type semiconductor block layer; and (c) removing the growth-blocking mask immediately above the waveguide layer, and then forming the first-conductivity-type semiconductor block layer with the semiconductor block layer. (E) the semiconductor layer of the first conductivity type and the etching stopper layer immediately above the waveguide layer, wherein an etching stopper layer made of a semiconductor different from the semiconductor and a semiconductor having the same composition as the semiconductor block layer are continuously laminated on the entire surface. Is selectively removed and embedded with a second conductivity type cladding layer.
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