JP3911342B2 - Manufacturing method of semiconductor laser device - Google Patents
Manufacturing method of semiconductor laser device Download PDFInfo
- Publication number
- JP3911342B2 JP3911342B2 JP14701698A JP14701698A JP3911342B2 JP 3911342 B2 JP3911342 B2 JP 3911342B2 JP 14701698 A JP14701698 A JP 14701698A JP 14701698 A JP14701698 A JP 14701698A JP 3911342 B2 JP3911342 B2 JP 3911342B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- waveguide
- semiconductor laser
- manufacturing
- active layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ装置とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、半導体レーザダイオードと光ファイバとを結合させる場合、半導体レーザダイオードと光ファイバとの間にレンズが設けられる。最近では半導体レーザダイオードと導波路レンズとが一体で形成された導波路レンズ付の半導体レーザダイオードが作製され、小型で安価なモジュールとして使用されるようになってきている。
【0003】
この導波路レンズは、活性層と連続しかつ活性層から離れるにしたがって障壁層と井戸層とが徐々に薄くなる量子井戸層からなり、例えば、図14(a)に示す選択成長マスク51を使用して活性層を成長させることにより、活性層と連続して形成される。すなわち、選択成長マスク51は、活性層を成長形成するレーザ部では、比較的広い一定の幅になるように形成され、導波路レンズを形成するレンズ部では、徐々に幅が狭くなるように形成されている。以上のような形状に選択成長マスク51を形成して、MOCVD法を用いて上方から材料ガスを供給して障壁層と井戸層とを成長させると、図14(c)に示すように選択成長マスク51の上ではエピタキシャル層が成長することがなく材料ガスが減少しないので材料ガスの濃度が高くなる。
【0004】
その結果、レーザ部では、選択成長マスク51の幅が広いので両側の材料ガスの高濃度領域が大きい分、レーザ部における材料ガスの濃度が高くなり、レンズ部では、レーザ部から離れるに従って、選択成長マスク51上から流入する材料ガスの量が減少して材料ガス濃度が低くなる。これによって、図14(b)に示すように、材料ガス濃度に対応して、レーザ部には、ほぼ一定の膜厚でレーザ発振するためのレーザ発振活性層が形成され、レンズ部には、活性層から離れるに従って膜厚が小さくなる導波路層を備えた導波路レンズが形成される。
【0005】
また、特開平6−181363号公報に開示された、図15(a)に示す選択成長マスクを用いて活性層を形成しても導波路レンズを形成することができる。特開平6−181363号公報においては、n型GaAs基板101上に、図15(a)に示す選択成長マスク110を用いて、n型AlGaAs下クラッド層102、量子井戸活性層103、p型AlGaAs上クラッド層104、pGaAsコンタクト層105を成長させた後、p側電極107を形成している。以上のように図15(a)に示した選択成長マスク110を用いて活性層を成長させることにより、活性層の両端に、活性層から離れるに従って徐々に膜厚が減少する導波路レンズ108,109が形成される。尚、n型GaAs基板101の下面には、n側電極106が形成されている。この特開平6−181363号公報では、活性層の両端に形成された導波路レンズ108,109により、レーザダイオードの端部に集中する光を緩和して該端部における温度上昇を防止して、レーザダイオードの破壊を防止している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のように形成された導波路レンズの導波路層は、光の吸収が比較的大きいために、従来例の導波路レンズ一体型の半導体レーザダイオードでは閾値電流が増加するという問題点があった。
【0007】
そこで、本発明は、従来例に比較して閾値電流を低くすることができる、導波路レンズが一体で形成された半導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来の問題点を解決するために、導波路レンズ、特に比較的ロスの大きい導波路層部分を短くして、閾値電流を小さくしたものである。
【0011】
さらに,本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、p型クラッド層とn型クラッド層との間に所定の幅と所定の長さを有する量子井戸層を備え、上記量子井戸層が実質的に一定の厚さになるように形成されたレーザ発振活性層と、上記レーザ発振活性層との境界から出射端に向かって徐々に厚さが減少するように形成された導波路層とからなる導波路レンズ一体型の半導体レーザ装置の製造方法であって、
上記製造方法が、上記量子井戸層を成長させる部分を間に挟んで互いに対向する選択成長マスクを形成してMOCVD方法を用いて選択成長させることにより上記量子井戸層を形成する工程を含み、
該工程において、
上記各選択成長マスクを、上記レーザ発振活性層に対応して設けられた第1の部分と、上記導波路層側で上記第1の部分に連続しかつ上記第1の部分の幅より広い幅を有する第2の部分とによって、上記第2の部分が上記導波路レンズの端部から離れるように形成することにより、材料ガス濃度を上記レーザ発振活性層が形成される領域で均一になりかつ上記導波路層を形成する領域で上記レーザ発振活性層から出射端に向かって一定の割合で減少するように制御することを特徴とする。
この方法によれば、上記導波路層において、上記レーザ発振活性層の厚さの70%以上の厚さを有する第1導波路層の長さを、上記レーザ発振活性層の厚さの70%以下の厚さを有する第2導波路層の長さより短くすることができる。
【0012】
また、上記半導体レーザ装置の製造方法において、上記第1の部分の幅と上記第2の部分の幅を、上記レーザ発振活性層との境界から出射端に向かって徐々に減少する上記導波路層の厚さの減少率と成長圧力とに基づいて設定することができる。
また、上記半導体レーザ装置の製造方法において、上記第1の部分の間隔に比較して、上記第2の部分の間隔を狭くすることが好ましい。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。
本発明に係る実施の形態の半導体レーザダイオードは、レーザ発振部15と導波路レンズ部16とが一体で形成されてなる導波路レンズ一体型の半導体レーザダイオードであって以下の特徴を有する。
すなわち、本実施の形態の半導体レーザダイオードは、独特の選択成長マスクを用いて、レーザ発振部15のレーザ発振活性層及び該活性層に連続して形成される導波路レンズ部16の導波路層とを成長形成することにより、導波路レンズ部16の長さを従来例に比較して全体として短くし、かつ導波路層において光の吸収損失の大きい比較的膜厚の厚い部分の長さを短くしたことを特徴とする。このように構成することにより、本実施の形態の半導体レーザダイオードは、導波路レンズ部16における光の吸収損失を小さくできるので、従来例の導波路レンズ一体型の半導体レーザダイオードに比較して閾値電流を低くできる。
【0014】
詳細に説明すると、本実施の形態の半導体レーザダイオードにおいて、レーザ発振部15と導波路レンズ部16はそれぞれ、p型InP基板21上に、図1及び図2に示す、p型InPクラッド層22(厚さ1μm、キャリア濃度1×1018cm-3)、InGaAsP活性層23、n型InPクラッド層24(厚さ0.5μm、キャリア濃度1×1018cm-3)、n型InP層28、n型InGaAsコンタクト層29及びn型電極(Au/Ge/Ni/Au)31が順次形成されて構成される。尚、本実施の形態においては、n型InGaAsコンタクト層29上にはSiO2絶縁膜30が形成され、n型電極31は該SiO2絶縁膜に形成された開口部を介して、n型InGaAsコンタクト層29と接触するように構成され、p型InP基板21の下面には、p型電極32(Ti/Pt/Au)が形成されている。
【0015】
また、実施の形態の半導体レーザダイオードでは、図1及び図3に示すように、p型InP基板21の上部、p型InPクラッド層22、InGaAsP活性層23及びn型InPクラッド層24において、共振方向に十分長い長さを有するメサ部が形成され、そのメサ部の両側には、p型InP層25、n型InP電流阻止層26、p型InP層27が形成される。また、本実施の形態において、InGaAsP活性層23は、図4に示すように、InGaAsP光閉じ込め層13とInGaAsP光閉じ込め層14との間に、InGaAsPウエル層11とInGaAsPバリア層12とが交互に積層された量子井戸層からなる。尚、導波路レンズ部16において、InGaAsP光閉じ込め層13、14、InGaAsPウエル層11及びInGaAsPバリア層12はそれぞれ、レーザ発振部15との接続部から出射端に向かって膜厚が減少するように形成され、導波路レンズ部16において、レーザ光が出射端で広がるようにレーザ光を伝送して出射端から出力する。これによって、出射された出射光の広がりを押さえることができる。実施の形態において、レーザ発振部15の活性層の厚さは、例えば200nmに設定され、出射端における活性層の膜厚は、例えば50nmに設定される。本明細書において、導波路レンズ部16の量子井戸層は、導波路層といい、レーザ発振部15の量子井戸層は、レーザ発振活性層という。
【0016】
次に、本実施の形態の半導体レーザダイオードの製造方法について説明する。本製造方法では、p型InP基板21の上面にSiO2絶縁膜を形成した後、図5に示す形状にパターンニングすることにより、選択成長マスク1を形成する。ここで、選択成長マスク1は、レーザ発振部15に対応して設けられた第1の部分1aと導波路レンズ部16に対応して設けられた第2の部分1bとからなり、第2の部分1bの幅を第1の部分1bに比較して広くなるように形成する。このような形状の選択成長マスク1を用いて有機金属気相成長法(MOCVD法)により以下の各層を成長させると、成長時に、レーザ発振部16の各層を形成すべき領域2における材料ガスの濃度を均一にでき、かつ導波路レンズ16の各層を形成すべき領域3において、領域2との境界4から領域3の出射端3aに向かって一定の割合で材料ガスの濃度が減少するように分布させることができる。これによって、レーザ発振部16の各層を形成すべき領域2において、成長させる各層を一定の膜厚に形成でき、かつ導波路レンズ16の各層を形成すべき領域3において、成長させる各層を出射端3aに向かって一定の割合で膜厚が減少するように形成することができる。
【0017】
尚、図5の選択成長マスク1を用いてMOCVD法により上述の各半導体層を形成する場合、境界4から出射端3aに向かって膜厚が減少する減少率は、成長圧力Pgと密接な関係がある。すなわち、ある特定の減少率に設定しようとする場合、成長圧力Pgが低いほど選択成長マスク1の第2の部分1bの面積を大きくする必要があり、図中a,bで示す寸法を大きくする必要がある。また、成長圧力Pgを高く設定する場合には、第2の部分1bの面積を小さくする必要があり、図中a,bで示す寸法を小さくする必要がある。言い換えれば、本実施の形態では、選択成長マスク1のa,bの寸法を種々組み合わせることにより、一定の割合で膜厚を減少させることができるだけではなく、その減少率を任意に設定できる。
【0018】
次に、材料ガスとしてTMI(トリメチルインジウム)、TEG(トリエチルガリウム)、DEZn(ジエチル亜鉛)、PH3(フォスフィン)、AsH3(アルシン)及びH2Sを用いて、有機金属気相成長法により、p型InPクラッド層22、InGaAsP活性層23及びn型InPクラッド層24を成長させる。
そして、図6に示すように選択成長マスクを除去した後、n型InPクラッド層24の上にSiO2絶縁膜33を形成する。、
次に、SiO2絶縁膜33をマスクとしてエッチングすることにより図7に示すメサ構造を形成する。尚、このメサ幅は、1μm程度に設定する。
【0019】
次に、図8に示すように、SiO2絶縁膜33を選択成長マスクとして、材料ガスとしてTMI、TEG等を用いて、有機金属気相成長法によりP型InP層25、n型InP電流阻止層26、p型InP層27を成長させて形成する。
次に、SiO2絶縁膜33を除去した後、図9に示すように、n型InPクラッド層24及びp型InP層27上にn型InP層28及びn型InGaAsコンタクト層29を成長させて形成する。最後に、SiO2絶縁膜30、n型電極31及びp型電極32を形成する。以上のようにして、図1に示す実施の形態の導波路レンズ付の半導体レーザダイオードが作製される。
【0020】
以上のように作製された実施の形態の半導体レーザダイオードは、上述の選択成長マスク1を用いて活性層等を成長させているので、従来例に比較して、レーザ発振部15に対する導波路レンズ部16の長さを短くすることができる。これによって、導波路レンズ部16における光の吸収による損失を小さくできるので、レーザ発振の閾値電流を低くすることができる。
特に本発明では、以下の実施例において詳細に説明するように、導波路レンズ部16中の導波路層において相対的に光の吸収が大きい比較的膜厚が大きい部分(レーザ発振活性層の膜厚の70%以上の膜厚を有する部分(以下第1導波路層という。))の長さを短くできたことが、導波路レンズ部16における光の吸収の低減に大きく貢献している。本明細書において、第1導波路層に対応した導波路レンズ部を第1レンズ部といい、第1導波路層を除く導波路層に対応した導波路レンズ部を第2レンズ部という。
尚、われわれの検討によると、導波路レンズ部16における第1導波路層は、レーザ発振光の波長より3nm〜50nm小さい波長に対応したバンドキャップを有する。
【0021】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例について説明する。
実施例1.
実施例1は、図10(b)に示す選択成長マスクを使用して上述の実施の形態で説明した製造方法に従って作製した半導体レーザダイオードの例である。
この選択成長マスクを用いて、成長させた活性層(量子井戸層)の長手方向(共振方向)に平行な縦断面における膜厚分布を図10(a)に示す。図10(a)において、縦軸は50nmを1としたときの相対膜厚で示している。
図10(a)に示すように、実施例1ではレーザ発振部16のレーザ発振活性層の長さを220μm、導波路レンズ部16の導波路層の長さを230μmにすることができ、しかも導波路層において比較的吸収ロスの大きい第1導波路層の長さを100μmにできた。ここで、レーザ発振活性層は、実質的にレーザ発振に寄与する部分であって、平坦領域に対して95%以上の膜厚を有する部分とした(実施例2及び比較例において同じ)。尚、図10(a)においては、量子井戸層の膜厚設定目標値は、点線で示している。
【0022】
これに対して、図11(b)の従来例の選択成長マスクを使用した比較例では、図11(a)に示すように、レーザ発振活性層の長さは、160μm、導波路層の長さは290μmであり、しかも比較的吸収ロスの大きい第1導波路層の長さは185μmであった。
このように、実施例1では、導波路層の長さを比較例より短くでき、しかも第1導波路層の長さを短くできるので、比較例では23mAであった85℃における閾値電流が、19mAに低減できた。
【0023】
実施例2
実施例2は、図12(b)に示す選択成長マスクを使用して上述の実施の形態で説明した製造方法に従って作製した半導体レーザダイオードの例である。
すなわち、実施例2では、選択成長マスクの第2の部分に挟まれた領域3の幅が領域2の幅より狭くなるように、選択成長マスクを形成している。
この選択成長マスクを用いて、成長させた活性層の長手方向(共振方向)に平行な縦断面における膜厚分布を図12(a)に示す。図12(a)において、図10(a)と同様、縦軸は50nmを1としたときの相対膜厚で示した。
図12(a)に示すように、実施例2ではレーザ発振部の活性層の長さを260μm、導波路層の長さを190μmにすることができ、しかもレンズ部において比較的吸収ロスの大きい第1導波路層の長さを60μmにできた。また、図12(a)から明らかなように実施例2において、量子井戸層の膜厚は、目標値に極めて近い値にすることができる。
【0024】
このように、実施例2では、選択成長マスクの第2の部分に挟まれた領域3の幅が領域2の幅より狭くなるように、選択成長マスクを形成したことにより、導波路層の長さ及び第1導波路層の長さを実施例1よりさらに短くできる。これによって、実施例2の半導体レーザダイオードでは、85℃における閾値電流を実施例1よりさらに低い18mAにできた。
尚、実施例2では、図12(b)において5の符号を付して示すように、領域2と領域3との境界付近において、第2の部分の幅を一定の角度をもって内側に増加させている。これによって、実施例2では、領域2と領域3との境界付近において材料ガス濃度の乱れを防止し、該境界付近において膜厚が不均一の部分ができることを防止している。
【0025】
以上の実施例1,2及び比較例の半導体レーザダイオードにおける量子井戸層の位置に対するフォトルミネッセンス波長を図13のグラフに示す。
図13のグラフから明らかなように、フォトルミネッセンス波長の分布は、上述の膜厚分布にほぼ一義的に対応していることがわかる。
この図3のグラフからも、実施例1,2は、導波路層の長さを比較例より短くでき、しかも第1導波路層の長さを短くできることがわかる。
【0026】
以上説明した実施の形態及び実施例における導波路レンズは、光ファイバに接続するときのレンズに限定されないことは言うまでもない。従来例で説明した端面の破壊を防止するためのレンズや、光集積回路等において、半導体レーザダイオードと他の導波路との間に形成される導波路レンズにも適用することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る半導体レーザ装置は、p型クラッド層とn型クラッド層との間に、上記レーザ発振活性層と上記導波路層とからなる量子井戸層を備え、上記導波路層において、上記レーザ発振活性層の厚さの70%以上の厚さを有する第1導波路層の長さを、上記レーザ発振活性層の厚さの70%以下の厚さを有する第2導波路層の長さより短くしている。
これによって、本発明に係る半導体レーザ装置は、導波路レンズ部の比較的吸収損失の大きい第1導波路層における光の吸収損失を小さくできるので、従来例の導波路レンズ一体型の半導体レーザ装置に比較して、閾値電流を低くできる。
【0028】
また、本発明に係る半導体レーザ装置は、上記導波路層の長さを、100μm以上250μm以下に設定することにより、より閾値電流を低くできる。
【0029】
また、本発明の半導体レーザ装置は、上記導波路層の長さを、160μm以上220μm以下に設定することにより、さらに閾値電流を低くできる。
【0030】
さらに,本発明に係る半導体レーザ装置の製造方法は、p型クラッド層とn型クラッド層との間にレーザ発振活性層と導波路層とからなる量子井戸層を、選択成長マスクを用いてMOCVD方法で成長させて形成する工程を含み、上記各選択成長マスクを、上記レーザ発振活性層に対応して設けられた第1の部分と、上記導波路層に対応して設けられかつ上記第1の部分の幅より広い幅を有する第2の部分とによって形成することにより、上記導波路層が、上記レーザ発振活性層との境界から出射端に向かって徐々に厚さが減少するように形成されるようにしている。これによって、上記導波路層において、上記レーザ発振活性層の厚さの70%以上の厚さを有する第1導波路層の長さを、上記レーザ発振活性層の厚さの70%以下の厚さを有する第2導波路層の長さより短く形成することができるので、従来例に比較して閾値電流を低くすることができる、導波路レンズが一体で形成された半導体レーザ装置を製造することができる。
【0031】
また、上記半導体レーザ装置の製造方法では、上記選択成長マスクにおいて上記第1の部分の間隔に比較して、上記第2の部分の間隔を狭くすることにより、さらに閾値電流の低い半導体レーザ装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る一実施の形態の半導体レーザダイオードの構成を示す一部破断斜視図である。
【図2】 実施の形態の半導体レーザダイオードの構成を示す、光の導波方向に平行な断面における断面図である。
【図3】 実施の形態の半導体レーザダイオードの構成を示す、光の導波方向に垂直な断面における断面図である。
【図4】 実施の形態の半導体レーザダイオードにおける量子井戸層の構成を示す模式的な断面図である。
【図5】 実施の形態の半導体レーザダイオードの製造に用いる選択成長マスクを示す平面図である。
【図6】 実施の形態の半導体レーザダイオードの製造方法における選択成長後の断面図である。
【図7】 実施の形態の半導体レーザダイオードの製造方法におけるメサエッチング後の断面図である。
【図8】 実施の形態の半導体レーザダイオードの製造方法における埋め込み成長後の断面図である。
【図9】 実施の形態の半導体レーザダイオードの製造方法におけるコンタクト層形成後の断面図である。
【図10】 (a)は、本発明に係る実施例1の半導体レーザダイオードの膜厚分布を示すグラフであり、(b)は、実施例1の半導体レーザダイオードの製造に用いた選択成長マスクを示す平面図である。
【図11】 比較例の半導体レーザダイオードの膜厚分布を示すグラフであり、(b)は、比較例の半導体レーザダイオードの製造に用いた選択成長マスクを示す平面図である。
【図12】 (a)は、本発明に係る実施例2の半導体レーザダイオードの膜厚分布を示すグラフであり、(b)は、実施例2の半導体レーザダイオードの製造に用いた選択成長マスクを示す平面図である。
【図13】 実施例1,2及び比較例の各量子井戸層における位置に対するPL波長分布を示すグラフである。
【図14】 (a)は、従来例の半導体レーザダイオードの製造に用いる選択成長マスクを示す平面図であり、(b)は、(a)の選択成長マスクを用いて形成された層のA−A’の断面図における膜厚分布を示すグラフであり、(c)は、膜形成時(成長時)の成長種(材料ガス)の流れを模式式的に示す図である。
【図15】 (a)は、他の従来例の半導体レーザダイオードの製造に用いる選択成長マスクを示す斜視図であり、(b)は、(a)の選択成長マスクを用いて形成された半導体レーザダイオードの断面図である。
【符号の説明】
1 選択成長マスク、1b 第1の部分、1b 第2の部分、11 InGaAsPウエル層、12 InGaAsPバリア層、13 InGaAsP光閉じ込め層、14 InGaAsP光閉じ込め層、15 レーザ発振部、16 導波路レンズ部、21 p型InP基板21、22 p型InPクラッド層、23 InGaAsP活性層、24 n型InPクラッド層、25 p型InP層、26n型InP電流阻止層、27 p型InP層、28 n型InP層、29 n型InGaAsコンタクト層、30 SiO2絶縁膜、31 n型電極、32 p型電極。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Generally, when a semiconductor laser diode and an optical fiber are coupled, a lens is provided between the semiconductor laser diode and the optical fiber. Recently, a semiconductor laser diode with a waveguide lens in which a semiconductor laser diode and a waveguide lens are integrally formed has been manufactured, and has been used as a small and inexpensive module.
[0003]
This waveguide lens is composed of a quantum well layer which is continuous with the active layer and gradually becomes thinner as the barrier layer and the well layer are separated from the active layer. For example, the
[0004]
As a result, since the
[0005]
A waveguide lens can also be formed by forming an active layer using the selective growth mask disclosed in JP-A-6-181363 and shown in FIG. In JP-A-6-181363, an n-type AlGaAs
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the waveguide layer of the waveguide lens formed as described above has a problem that the threshold current increases in the waveguide laser integrated with a conventional semiconductor laser diode because the light absorption is relatively large. there were.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor laser device in which a waveguide lens is integrally formed, which can lower the threshold current as compared with the conventional example.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the conventional problems, the present invention shortens a waveguide lens, particularly a waveguide layer portion having a relatively large loss, thereby reducing a threshold current .
[0011]
Furthermore, the method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention includes a quantum well layer having a predetermined width and a predetermined length between the p-type cladding layer and the n-type cladding layer, and the quantum well layer is substantially A laser oscillation active layer formed to have a constant thickness and a waveguide layer formed so that the thickness gradually decreases from the boundary with the laser oscillation active layer toward the emission end. A method of manufacturing a semiconductor laser device integrated with a waveguide lens,
The manufacturing method includes a step of forming the quantum well layer by forming a selective growth mask facing each other with a portion for growing the quantum well layer interposed therebetween and selectively growing the mask using a MOCVD method.
In the process,
Each of the selective growth masks has a first portion provided corresponding to the lasing active layer, and a width that is continuous with the first portion on the waveguide layer side and wider than the width of the first portion. By forming the second portion so that the second portion is separated from the end of the waveguide lens , the material gas concentration becomes uniform in the region where the laser oscillation active layer is formed, and In the region where the waveguide layer is formed, control is performed so as to decrease at a constant rate from the laser oscillation active layer toward the emission end.
According to this method, in the waveguide layer, the length of the first waveguide layer having a thickness of 70% or more of the thickness of the laser oscillation active layer is set to 70% of the thickness of the laser oscillation active layer. It can be made shorter than the length of the second waveguide layer having the following thickness.
[0012]
Further, in the method of manufacturing the semiconductor laser device, the waveguide layer that gradually decreases the width of the first portion and the width of the second portion from the boundary with the laser oscillation active layer toward the emission end. It can be set based on the thickness reduction rate and the growth pressure.
In the method of manufacturing a semiconductor laser device, it is preferable that the interval between the second portions is narrower than the interval between the first portions.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below.
The semiconductor laser diode according to the embodiment of the present invention is a waveguide lens integrated semiconductor laser diode in which the
That is, the semiconductor laser diode of the present embodiment uses the unique selective growth mask, and the laser oscillation active layer of the
[0014]
More specifically, in the semiconductor laser diode of the present embodiment, the
[0015]
Further, in the semiconductor laser diode of the embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, resonance occurs in the upper part of the p-
[0016]
Next, a method for manufacturing the semiconductor laser diode of the present embodiment will be described. In this manufacturing method, after forming a SiO 2 insulating film on the upper surface of the p-
[0017]
When the above-described semiconductor layers are formed by the MOCVD method using the
[0018]
Next, TMI (trimethyl indium), TEG (triethyl gallium), DEZn (diethyl zinc), PH 3 (phosphine), AsH 3 (arsine) and H 2 S are used as material gases by metal organic chemical vapor deposition. The p-type InP clad
Then, after removing the selective growth mask as shown in FIG. 6, a
Next, the mesa structure shown in FIG. 7 is formed by etching using the SiO 2 insulating film 33 as a mask. The mesa width is set to about 1 μm.
[0019]
Next, as shown in FIG. 8, using the SiO 2 insulating film 33 as a selective growth mask and using TMI, TEG or the like as a material gas, the P-
Next, after removing the SiO 2 insulating film 33, an n-
[0020]
In the semiconductor laser diode of the embodiment manufactured as described above, the active layer or the like is grown using the
In particular, in the present invention, as will be described in detail in the following embodiments, the waveguide layer in the
According to our study, the first waveguide layer in the
[0021]
【Example】
Examples according to the present invention will be described below.
Example 1.
Example 1 is an example of a semiconductor laser diode manufactured according to the manufacturing method described in the above embodiment using the selective growth mask shown in FIG.
FIG. 10A shows a film thickness distribution in a longitudinal section parallel to the longitudinal direction (resonance direction) of the active layer (quantum well layer) grown using this selective growth mask. In FIG. 10A, the vertical axis represents the relative film thickness when 50 nm is 1.
As shown in FIG. 10A, in Example 1, the length of the laser oscillation active layer of the
[0022]
On the other hand, in the comparative example using the selective growth mask of the conventional example of FIG. 11B, the length of the laser oscillation active layer is 160 μm and the length of the waveguide layer as shown in FIG. The length of the first waveguide layer having a relatively large absorption loss was 185 μm.
Thus, in Example 1, since the length of the waveguide layer can be made shorter than that of the comparative example, and the length of the first waveguide layer can be made shorter, the threshold current at 85 ° C., which was 23 mA in the comparative example, is It was reduced to 19 mA.
[0023]
Example 2
Example 2 is an example of a semiconductor laser diode manufactured according to the manufacturing method described in the above embodiment using the selective growth mask shown in FIG.
That is, in Example 2, the selective growth mask is formed so that the width of the region 3 sandwiched between the second portions of the selective growth mask is narrower than the width of the
FIG. 12A shows the film thickness distribution in a longitudinal section parallel to the longitudinal direction (resonance direction) of the active layer grown using this selective growth mask. In FIG. 12A, as in FIG. 10A, the vertical axis represents the relative film thickness when 50 nm is 1.
As shown in FIG. 12A, in Example 2, the length of the active layer of the laser oscillation part can be 260 μm, the length of the waveguide layer can be 190 μm, and the lens part has a relatively large absorption loss. The length of the first waveguide layer could be 60 μm. Further, as apparent from FIG. 12A, in Example 2, the film thickness of the quantum well layer can be set to a value very close to the target value.
[0024]
As described above, in Example 2, the selective growth mask was formed so that the width of the region 3 sandwiched between the second portions of the selective growth mask was narrower than the width of the
In the second embodiment, as indicated by the
[0025]
The graph of FIG. 13 shows the photoluminescence wavelength with respect to the position of the quantum well layer in the semiconductor laser diodes of Examples 1 and 2 and the comparative example.
As is apparent from the graph of FIG. 13, it can be seen that the distribution of the photoluminescence wavelength almost uniquely corresponds to the above-described film thickness distribution.
From the graph of FIG. 3, it can also be seen that Examples 1 and 2 can make the length of the waveguide layer shorter than that of the comparative example, and can make the length of the first waveguide layer shorter.
[0026]
It goes without saying that the waveguide lenses in the embodiments and examples described above are not limited to lenses when connected to optical fibers. The present invention can also be applied to a lens for preventing breakage of an end face described in the conventional example, a waveguide lens formed between a semiconductor laser diode and another waveguide in an optical integrated circuit or the like.
[0027]
【The invention's effect】
As described in detail above, the semiconductor laser device according to the present invention includes a quantum well layer composed of the lasing active layer and the waveguide layer between the p-type cladding layer and the n-type cladding layer, In the waveguide layer, the length of the first waveguide layer having a thickness of 70% or more of the thickness of the laser oscillation active layer is 70% or less of the thickness of the laser oscillation active layer. It is shorter than the length of the second waveguide layer.
Thus, the semiconductor laser device according to the present invention can reduce the absorption loss of light in the first waveguide layer having a relatively large absorption loss of the waveguide lens portion. The threshold current can be lowered compared to.
[0028]
In the semiconductor laser device according to the present invention, the threshold current can be further lowered by setting the length of the waveguide layer to 100 μm or more and 250 μm or less.
[0029]
In the semiconductor laser device of the present invention, the threshold current can be further reduced by setting the length of the waveguide layer to 160 μm or more and 220 μm or less.
[0030]
Furthermore, in the method of manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention, a quantum well layer composed of a laser oscillation active layer and a waveguide layer is formed between a p-type cladding layer and an n-type cladding layer using a selective growth mask. Each of the selective growth masks is provided corresponding to the laser oscillation active layer, the first portion is provided corresponding to the waveguide layer, and the first growth mask is formed. The waveguide layer is formed such that the thickness gradually decreases from the boundary with the laser oscillation active layer toward the emission end. To be. Accordingly, in the waveguide layer, the length of the first waveguide layer having a thickness of 70% or more of the thickness of the laser oscillation active layer is reduced to a thickness of 70% or less of the thickness of the laser oscillation active layer. A semiconductor laser device in which a waveguide lens is integrally formed can be manufactured, which can be formed shorter than the length of the second waveguide layer having a thickness, and can reduce the threshold current as compared with the conventional example. Can do.
[0031]
In the method of manufacturing the semiconductor laser device, a semiconductor laser device having a lower threshold current can be obtained by narrowing the interval between the second portions as compared with the interval between the first portions in the selective growth mask. Can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a configuration of a semiconductor laser diode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration of the semiconductor laser diode of the embodiment in a cross section parallel to the light guiding direction.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of the semiconductor laser diode of the embodiment in a cross section perpendicular to a light guiding direction;
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a quantum well layer in the semiconductor laser diode of the embodiment.
FIG. 5 is a plan view showing a selective growth mask used for manufacturing the semiconductor laser diode of the embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view after selective growth in the method of manufacturing a semiconductor laser diode according to the embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view after mesa etching in the manufacturing method of the semiconductor laser diode of the embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view after the burying growth in the semiconductor laser diode manufacturing method of the embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view after forming a contact layer in the manufacturing method of the semiconductor laser diode of the embodiment.
10A is a graph showing a film thickness distribution of the semiconductor laser diode of Example 1 according to the present invention, and FIG. 10B is a selective growth mask used for manufacturing the semiconductor laser diode of Example 1. FIG. FIG.
FIG. 11 is a graph showing a film thickness distribution of a semiconductor laser diode of a comparative example, and FIG. 11B is a plan view showing a selective growth mask used for manufacturing the semiconductor laser diode of the comparative example.
12A is a graph showing a film thickness distribution of the semiconductor laser diode of Example 2 according to the present invention, and FIG. 12B is a selective growth mask used for manufacturing the semiconductor laser diode of Example 2. FIG. FIG.
FIG. 13 is a graph showing PL wavelength distributions with respect to positions in each quantum well layer of Examples 1 and 2 and a comparative example.
14A is a plan view showing a selective growth mask used for manufacturing a conventional semiconductor laser diode, and FIG. 14B is a view of a layer A formed using the selective growth mask of FIG. It is a graph which shows the film thickness distribution in sectional drawing of -A ', (c) is a figure which shows typically the flow of the growth seed | species (material gas) at the time of film formation (during growth).
15 (a) is a perspective view showing a selective growth mask used for manufacturing another conventional semiconductor laser diode, and FIG. 15 (b) is a semiconductor formed using the selective growth mask of FIG. 15 (a). It is sectional drawing of a laser diode.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
上記製造方法が、上記量子井戸層を成長させる部分を間に挟んで互いに対向する選択成長マスクを形成してMOCVD方法を用いて選択成長させることにより上記量子井戸層を形成する工程を含み、
該工程において、
上記各選択成長マスクを、上記レーザ発振活性層に対応して設けられた第1の部分と、上記導波路層側で上記第1の部分に連続しかつ上記第1の部分の幅より広い幅を有する第2の部分とによって、上記第2の部分が上記導波路レンズの端部から離れるように形成することにより、材料ガス濃度を上記レーザ発振活性層が形成される領域で均一になりかつ上記導波路層を形成する領域で上記レーザ発振活性層から出射端に向かって一定の割合で減少するように制御することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。A laser oscillation comprising a quantum well layer having a predetermined width and a predetermined length between a p-type cladding layer and an n-type cladding layer, wherein the quantum well layer has a substantially constant thickness. A method of manufacturing a semiconductor laser device integrated with a waveguide lens comprising an active layer and a waveguide layer formed so that the thickness gradually decreases from the boundary between the laser oscillation active layer and the emission end. And
The manufacturing method includes a step of forming the quantum well layer by forming a selective growth mask facing each other with a portion for growing the quantum well layer interposed therebetween and selectively growing the mask using a MOCVD method.
In the process,
Each of the selective growth masks has a first portion provided corresponding to the lasing active layer, and a width that is continuous with the first portion on the waveguide layer side and wider than the width of the first portion. By forming the second portion so that the second portion is separated from the end of the waveguide lens , the material gas concentration becomes uniform in the region where the laser oscillation active layer is formed, and A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising: controlling so as to decrease at a constant rate from the laser oscillation active layer toward an emission end in a region where the waveguide layer is formed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14701698A JP3911342B2 (en) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | Manufacturing method of semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14701698A JP3911342B2 (en) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | Manufacturing method of semiconductor laser device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11340562A JPH11340562A (en) | 1999-12-10 |
JP3911342B2 true JP3911342B2 (en) | 2007-05-09 |
Family
ID=15420648
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14701698A Expired - Fee Related JP3911342B2 (en) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | Manufacturing method of semiconductor laser device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3911342B2 (en) |
-
1998
- 1998-05-28 JP JP14701698A patent/JP3911342B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11340562A (en) | 1999-12-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5757833A (en) | Semiconductor laser having a transparent light emitting section, and a process of producing the same | |
JPH02159783A (en) | Semiconductor laser device and manufacture thereof | |
JP3786054B2 (en) | Semiconductor optical device and semiconductor laser | |
US6639926B1 (en) | Semiconductor light-emitting device | |
JP5169534B2 (en) | Integrated optical semiconductor device manufacturing method and integrated optical semiconductor device | |
JP2882335B2 (en) | Optical semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP2822868B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor laser | |
JP4028158B2 (en) | Semiconductor optical device equipment | |
JP3548986B2 (en) | Optical semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2001057459A (en) | Semiconductor laser | |
JP3911342B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor laser device | |
JP2894186B2 (en) | Optical semiconductor device | |
JPH07240560A (en) | Semiconductor laser | |
JP2982685B2 (en) | Optical semiconductor device | |
JP4325558B2 (en) | Semiconductor laser and method of manufacturing the semiconductor laser | |
JP2865160B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor laser | |
JPH0766495A (en) | Semiconductor laser and its manufacture | |
JP2973215B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JP2611509B2 (en) | Semiconductor laser | |
JP2873462B2 (en) | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same | |
JP2004134486A (en) | Semiconductor laser equipped with diffraction grating | |
JP2699662B2 (en) | Semiconductor laser and manufacturing method thereof | |
JP2679358B2 (en) | Semiconductor laser device | |
JP3206589B2 (en) | Optical semiconductor device | |
JP2841599B2 (en) | Semiconductor laser device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060703 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060711 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060908 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20061017 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20061206 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20061225 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20070123 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20070129 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100202 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110202 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120202 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |