JP4065723B2 - Manufacturing method of surface emitting laser - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信に用いられる半導体レーザに関し、とくに面発光レーザの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
光通信に用いられる半導体レーザは、これまで基板の端面方向に出射する、いわゆる端面発光レーザが用いられてきた。
【0003】
しかしながら、かかる端面発光レーザによれば、構造上の問題から動作検査を、その作製後にしか行うことができず、生産性に劣るという欠点がある。
【0004】
すなわち、基板を分断(ヘキカイ)して端面と成し、その面より光照射させるが、基板を分断したことで、各チップを個別に取り扱う必要があり、そのためにウェハ状態で検査するものと比較して、検査工程に相当な時間を要する。
【0005】
このような課題を解消すべく、近年、基板表面に対し垂直方向に光を出射する、いわゆる面発光レーザの開発が盛んに行われている。
【0006】
この面発光レーザは、ウェハ状態での検査が可能になることで、検査コストを大幅に低減することができる。
【0007】
すなわち、プローバーのステージにウェハをセットして、プローブの針を素子の電極にあてながら電気光学測定をおこなうことで、一度、位置合わせをおこなうだけで、その後、自動的にすべての試料の検査をおこなうことができ、さらに幾つもの試料を同時に評価することもでき、その結果、大幅に所要時間が短縮できる。
【0008】
また、温度変化に対する特性の変動が小さく、これにより、素子の温度を一定に保つ必要がなくなり、その結果、大幅な低電力化となる。さらに高速なスイッチングができることで、光通信の大容量化という点で有望な素子である。
【0009】
そして、このような面発光レーザ、とくに光通信分野にて用いられる面発光レーザを製造するためには、異種半導体を一体化した構造を得る必要があり、そのために、別々の半導体基板を用意し、それぞれの基板上に反射層と活性層を結晶成長させ、その後、双方の基板を、反射層と活性層を接合するように貼り合せる製造技術が提案されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
異種の基板同士を貼り合せようとした場合、それぞれの基板の線膨張係数が異なることから、高温処理後に基板が反り、結晶にダメージを与えるという問題があった。とくにInP基板上に薄膜結晶成長されたInGaAsP系の活性層にて、そのダメージが発生していた。
【0011】
このInGaAsP系の活性層によれば、その結晶自体機械的強度が小さく、これによって応力が加わることで、ダメージが活性層に生じ、その結果、発光素子にて最も重要な要求特性である発光効率が低下していた。
【0012】
しかも、密着強度が劣化することにあり、それによって膜が剥れるという課題もあった。
【0013】
また、面発光レーザによれば、その発光部の面積は、通常φ2〜6μm程度であることから、それに適したメサ構造の径は30μm程度になる。他方、面発光レーザチップは、素子ごとに分断した後のハンドリングに適合させるべく、通常、300μm角程度の大きさを有している。
【0014】
すなわち、基板全面に結晶成長せせるが、その結晶成長膜のうち、実際に使用する部分は1%にも満たなないことで、ウェハ当りのチップの取り数が少なくなり、その結果、製造コストが高くなっていた。
【0015】
この問題は、Inp基板そのものが高価であるばかりでなく、その上に結晶成長させたInGaAsP系の活性層においては、4元系の組成制御および活性層に含まれる量子井戸構造の膜厚の制御に高い厳密性が要求され、これにより、その結晶成長された活性層の使用効率が素子の価格に大きく依存している。
【0016】
さらに、単一横モードを得るために、メサ形状の横方向からAlGaAs層を選択酸化し、電流を狭窄しているが、このような酸化法では組成の揺らぎ、膜厚によって酸化速度が異なり、これにより、面内で均一よく、さらに再現よく作製することがむずかしいという課題があった。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明の面発光レーザの製造方法は、InP基板の一主面に、第1のInGaAs層、InGaAsP系半導体の多層膜からなる活性層、第2のInGaAs層を順次結晶成長法により作製し、次いでこの活性層をメサ形状に加工してInP基板上に円板状の活性層チップを複数個配し、続けて上記InP基板より取り除かれた各活性層チップを用いて、順次下記(1)〜(7)の各工程を経ることを特徴とする面発光レーザの製造方法。
(1)GaAsまたはSiからなる基板上に結晶成長法によってGaAs/AlzGa1-zAs半導体(0<Z)からなる第1の反射層と凹部形成用の層とを順次形成して反射部材を作製する。
(2)前記反射部材における凹部形成用の層に中空円板状の凹部を形成する。
(3)前記活性層チップを含んだ溶液中に、前記反射部材を入れ、この溶液を攪拌して上記凹部に前記活性層チップをはめ込ませ、前記反射部材を溶液より引き上げる。
(4)前記凹部され前記活性層チップの面上に、GaAsまたはSiからなる基板上に結晶成長法によってGaAs/AlzGa1-zAs半導体(0<Z)からなり、前記第1の反射層よりも反射率を低くした第2の反射層を形成してなる他の反射部材を配置し、加熱押圧して貼り合わせる。
(5)他の反射部材の基板を除去する。
(6)前記活性層チップ上の第2の反射層を残すように他の反射部材の第2の反射層をメサ加工する。
(7)前記活性層チップ上の前記第2の反射層上ならびに反射部材の基板の他主面上にそれぞれ電極を形成する。
【0018】
本発明の面発光レーザの製造方法によれば、上記構成のように線膨張係数が大きく異なる2種類の基板を用いるにしても、一方は基板にて、他方はチップ状に加工し、これら各チップを基板上に配置したことで、歪み量を大幅に低減し、これにより、活性層に対するダメージを無くし、良好な光電気特性が得られる。
【0019】
また、歪み量が低減したことで、電流狭窄層を基板の貼り合せ前に形成することができ、これにより、優れた単一横モードが安定して得られる。
【0020】
しかも、材料的にも作製上においても、高価なInP基板上の活性層をブロック状に加工することで、ウェハ当りの取り数を約2桁増加させることができ、その結果、製造コストが低減され、低コストな面発光レーザが得られる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の面発光レーザの製造方法を図面を用いて述べる。
【0022】
(活性層チップの作製)
はじめに活性層チップの作製方法を述べる。
【0023】
図1は活性層チップの製造工程図(フローチャート)であり、順次各工程(イ)〜(ハ)を経る。
【0024】
工程(イ):
単結晶のInP半導体基板1上に、エッチングストッパ層としてInGaAs層2を結晶成長にて形成し、続いてInGaAsP系半導体の多層膜からなる活性層3を結晶成長し、さらにこの活性層3の上にもエッチングストッパ層であるInGaAs層2を結晶成長にて形成する。
【0025】
活性層3には薄膜のInGaAsP層と他のInGaAsP層とからなる超格子構造からなり、一方の層が他方の層に対しバンドギャップを小さくした量子井戸層となり、このような量子井戸層とは別の他方が障壁層となる。
【0026】
チングストッパ層とは、あるエッチング溶液に対するエッチング速度を、InP基板に対するエッチング速度に比べて何桁も小さくするようにした層構造である。
【0027】
工程(ロ):
活性層3をメサエッチングする。この時、続けてエッチングストッパ層2も同じ形状にエッチングした。
【0028】
このようなエッチングに用いるエッチャントは、活性層をエッチングするには、塩酸系(HCl+H2O)を、エッチングストッパ層をエッチングするには、硫酸系(H2SO4+H2O2+H2O)を用いるとよい。
【0029】
工程(ハ):
つぎにInP半導体基板を数十μmの厚みになるまで裏面を研磨し、さらに化学的にウェットエッチングによって基板を完全に除去し、これにより、多くの活性層チップを得る。各チップは、たとえば直径が30μm程度であり、厚みは0.5μm程度の円板状(ディスク状)である。以下、このような活性層チップをディスク4と呼ぶ。
【0030】
上記の研磨は、スラリー入りの溶液を用いて物理的にエッチングすればよい。また、上記の化学的ウェットエッチングについては、そのエッチング溶液として塩酸系(HCl+H2O)を用いるとよい。
【0031】
(面発光レーザの製造方法)
各ディスク4を用いて、図2と図3に示すごとく、順次下記(1)〜(7)の各工程を経る。
【0032】
工程(1):
Siからなる基板5上に結晶成長法によってGaAs/AlzGa1-zAs半導体(0<Z)からなる反射層6と凹部形成用の層7とを順次形成して反射部材を作製する。
【0033】
この反射層6は、周期的なGaAs層/AlGaAs層からなる多層膜反射ミラー構造を結晶成長により形成したものであって、GaAs層/AlGaAs層の組合せを30周期にて成長させた。本例においては、このような多層膜反射ミラー構造の上に凹部形成用の層7としてGaAs層を成長させる。
【0034】
工程(2):
前記反射部材の凹部形成用の層7に対し窪み加工をおこなって凹部8を形成する。この凹部8は、中空円板状であって、直径が32μm程度であり、深さが0.3μm程度である。
【0035】
このような窪み加工は、フォトリソ工程によってレジストをパターニングし、その後にエッチング加工する。
【0036】
工程(3):
本工程により凹部8にディスク4を配置する。
この工程をさらに詳しく説明すると、ディスク4を含んだ溶液中に、前工程にて得られた窪み加工を行った反射部材を入れ、そして、このような溶液を攪拌する。この攪拌には攪拌器または超音波を用いるとよく、たとえば、攪拌器として、マグネット棒をモーターで回す構造にした場合には、溶液内に放り込まれた金属棒も回転させるとよい。
【0037】
このような攪拌を通して、しばらくして窪み(凹部8)内にディスク4がはめ込まれる。
【0038】
凹部8の直径はディスク4より1〜10μm程度大きくすると、ディスク4がはまり込み易くなり、さらにはまり込んだものが抜けにくくなるという点でよい。
【0039】
また、後工程において、他の反射部材をディスク4上に貼り合せることで、凹部8の深さをディスク4の厚み(0.6〜3μm)に比べて小さくするとよい。
【0040】
工程(4):
これら凹部8されディスク4の面上に、他の反射部材を、反射層6と対向するように配置する。
【0041】
他の反射部材は、つぎのような構成である。
すなわち、Siからなる基板9上に結晶成長法によってGaAs/AlzGa1-zAs半導体(0<Z)からなる反射層10を作製するが、この反射層10は、周期的なGaAs層/AlGaAs層からなる多層膜反射ミラー構造を結晶成長により形成したものであって、GaAs層/AlGaAs層の組合せを20周期にて成長させた。
【0042】
工程(1)にて用いたミラー構造は30周期のGaAs層/AlGaAs層(高反射ミラー)であるが、これに対し本工程によれば、20周期のGaAs層/AlGaAs層(低反射ミラー)を成長させた。このような積層構造にして、一方のミラー反射率を他方のミラー反射率に比べて高くしたことで、内部で発生したレーザ光を、反射率の低い側(低反射ミラー)から出射させる。
【0043】
以上のように工程(3)にて凹部8にディスク4を配し、そして、溶液よりその状態にて引き上げる。これには、たとえば治具などに固定した基板を治具ごと溶液の中から出すようにすればよい。そして、つぎの工程(4)にてディスク4上に他の反射部材を重ねた構造が得られるが、各部材の接合には、これら重ねた後に、これら接合面に対し垂直方向に加圧しながら、オーブンなどを用いて加熱することで、貼り合せ構造となる。
【0044】
この時の加圧強度は接触面積当り、たとえば300〜900g/cm2、であり、加熱温度については、たとえば450〜650℃にするとよく、これによって接合部での機械的強度が最大となり、かつ良好な電気的接続が得られる。
【0045】
工程(5):
他の反射部材の基板9を除去する。
これには、たとえば研磨したり、さらには化学的にウェットエッチングによって除去する。
【0046】
工程(6):
他の反射部材の反射層10をメサ加工する。この加工によれば、フォトリソ工程によってレジストをパターニングしたのち、エッチングする。
【0047】
工程(7):
他の反射部材の反射層10上ならびに基板5の他主面上にそれぞれ電極を形成する
反射層10の上にはリング型の電極11を形成し、さらに基板5の他主面には各ディスク4に対する共通の電極12を形成する。これら電極11、12は真空蒸着により形成する。
【0048】
電極11、12は、p型のGaAs系半導体とオーミックな接合をとる構造にした場合、Zn/Auの2層構造にするとよい。その他に、Cr/Au,Mn/AuやCr/AuGe/Cr/Auでもよい。また、n型のGaAs構造の場合には、AuGe/Ni/Auを用いればよい。
【0049】
かくして本発明の面発光レーザの製造方法によれば、各工程(イ)〜(ハ)によってディスク4を作製し、さらに順次各工程(1)〜(7)を経ることで、基板の歪み量を大幅に低減して、活性層に対するダメージを無くし、良好な光電気特性が得られ、さらに材料的にも作製上においても、高価なInP基板上の活性層をブロック状に加工することで、ウェハ当りの取り数を増加させ、これにって製造コストが低減され、低コストな面発光レーザが得られる。
【0050】
また、本発明の製法により得られた面発光レーザによれば、基板の歪み量が低減したことで、電流狭窄層を基板の貼り合せ前に形成することができ、これにより、優れた単一横モードが安定して得られる。
【0051】
図4は電流狭窄層13を形成した面発光レーザの概略断面図である。
【0052】
また、図5に示すごとく、窪みの底部に電流狭窄構造の開口部を形成した際に、電流狭窄層の厚みを20nm以上にした場合、接触することが困難となることで、発光波長に対して透明でさらに電気的に導通が得られる材料、たとえばSiやGeなどを成膜し、電流狭窄構造の開口部の穴を埋めた上でコンタクトをとることが好ましい。
【0053】
なお、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更や改良等はなんら差し支えない。
【0054】
たとえば、反射部材としてSiからなる基板上に結晶成長法によってGaAs/AlzGa1-zAs半導体(0<Z)からなる反射層を作製したが、これに代えてGaAsからなる基板上に結晶成長法によってGaAs/AlzGa1-zAs半導体(0<Z)からなる反射層を作製した反射部材でもよい。
【0055】
また、反射層6と基板1との間に、もしくは反射層10と基板9との間に、それぞれAlαGa1- αAs層(ただし0.8<α)を設けるとよい。すなわち、これら基板と反射層を分離するに際して、このAlαGa1- αAs層を酸化させ、これにより、選択エッチングをおこなうことで基板との分離が容易になるという点で好ましい。
【0056】
さらにまた、図6に示すごとく、表面側にリング電極11を形成する前に、合成樹脂などからなる絶縁膜14を塗布するとよく、これによってメサの周囲が絶縁されることで、電極を形成しやすくなり、メサ周囲からの酸化などを防ぐことができるという点で好適である。
【0057】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の面発光レーザの製造方法によれば、線膨張係数が大きく異なる2種類の基板を用いるにしても、一方は基板にて、他方はチップ状に加工し、これら各チップを基板上に配置したことで、歪み量を大幅に低減し、これにより、活性層に対するダメージを無くし、良好な光電気特性が得られ、しかも、歪み量が低減したことで、電流狭窄層を基板の貼り合せ前に形成することができ、その結果、高品質かつ高信頼性の優れた単一横モードが安定して得られる高品質かつ高信頼性な面発光レーザが得られた。
【0058】
また、本発明の製造方法においては、ウェハ当りの取り数を増加させたことで、製造コストが低減され、これによって低コストな面発光レーザが提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】(イ)〜(ハ)は活性層チップの製造工程を示すフローチャートである。
【図2】(1)〜(4)は面発光レーザの製造工程を示すフローチャートである。
【図3】(5)〜(7)は面発光レーザの製造工程を示すフローチャートである。
【図4】本発明の面発光レーザの概略断面を示す説明図である。
【図5】本発明の他の面発光レーザの概略断面を示す説明図である。
【図6】本発明のさらに他の面発光レーザの概略断面を示す説明図である。
【符号の説明】
1・・・InP半導体基板
2・・・InGaAs層
3・・・活性層
4・・・ディスク
5、9・・・Siからなる基板
6、10・・・反射層
7・・・凹部形成用の層
8・・・凹部
11、12・・・電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser used for optical communication, and more particularly to a method for manufacturing a surface emitting laser.
[0002]
[Prior art]
As a semiconductor laser used for optical communication, a so-called edge emitting laser that emits in the direction of the edge of a substrate has been used so far.
[0003]
However, according to such an edge-emitting laser, the operation inspection can be performed only after the fabrication due to structural problems, and there is a disadvantage that the productivity is inferior.
[0004]
In other words, the substrate is divided to form an end surface, and light is irradiated from that surface. However, since the substrate is divided, it is necessary to handle each chip individually, so that it is compared with what is inspected in the wafer state. Thus, a considerable time is required for the inspection process.
[0005]
In order to solve such problems, in recent years, so-called surface emitting lasers that emit light in a direction perpendicular to the substrate surface have been actively developed.
[0006]
The surface emitting laser is that it allows inspection in web wafer state, it is possible to significantly reduce the testing costs.
[0007]
In other words, by setting the wafer on the prober stage and performing the electro-optic measurement while applying the probe needle to the electrode of the element, the alignment is performed once, and then all samples are automatically inspected. Can be performed, and several samples can be evaluated simultaneously, resulting in a significant reduction in required time.
[0008]
In addition, the fluctuation of the characteristic with respect to the temperature change is small, so that it is not necessary to keep the temperature of the element constant, and as a result, the power consumption is greatly reduced. Furthermore, it is a promising element in terms of increasing the capacity of optical communication because it can perform high-speed switching.
[0009]
In order to manufacture such a surface emitting laser, particularly a surface emitting laser used in the field of optical communication, it is necessary to obtain a structure in which different kinds of semiconductors are integrated. For this purpose, a separate semiconductor substrate is prepared. A manufacturing technique has been proposed in which a reflective layer and an active layer are crystal-grown on each substrate, and then both substrates are bonded together so as to bond the reflective layer and the active layer.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
When different types of substrates are to be bonded to each other, the linear expansion coefficients of the respective substrates are different, so that there is a problem that the substrates are warped after high-temperature processing and damage the crystal. In particular, the damage occurred in an InGaAsP-based active layer in which a thin film crystal was grown on an InP substrate.
[0011]
According to the InGaAsP-based active layer, the crystal itself has a low mechanical strength, and stress is applied to the crystal, thereby causing damage to the active layer. As a result, the luminous efficiency, which is the most important required characteristic of the light-emitting device, is obtained. Had fallen.
[0012]
In addition, there is a problem that the adhesion strength is deteriorated and the film is peeled off.
[0013]
In addition, according to the surface emitting laser, the area of the light emitting portion is usually about φ2 to 6 μm, so that the mesa structure suitable for the surface has a diameter of about 30 μm. On the other hand, the surface emitting laser chip usually has a size of about 300 μm square so as to be suitable for handling after being divided for each element.
[0014]
In other words, the crystal can be grown on the entire surface of the substrate, but the portion of the crystal growth film that is actually used is less than 1%, so the number of chips per wafer is reduced, resulting in a lower manufacturing cost. It was high.
[0015]
This problem is not only because the Inp substrate itself is expensive, but also in the InGaAsP-based active layer grown on it, the quaternary composition control and the control of the film thickness of the quantum well structure included in the active layer. Therefore, the use efficiency of the active layer on which the crystal is grown greatly depends on the price of the device.
[0016]
Furthermore, in order to obtain a single transverse mode, the AlGaAs layer is selectively oxidized from the lateral direction of the mesa shape to confine the current, but in such an oxidation method, the oxidation rate varies depending on the fluctuation of the composition and the film thickness, As a result, there is a problem that it is difficult to produce the film uniformly in a plane and with good reproducibility.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In the method of manufacturing a surface emitting laser according to the present invention, a first InGaAs layer, an active layer composed of a multilayer film of InGaAsP semiconductor, and a second InGaAs layer are sequentially formed on one main surface of an InP substrate by a crystal growth method. Next, this active layer is processed into a mesa shape, a plurality of disk-like active layer chips are arranged on the InP substrate, and the active layer chips removed from the InP substrate are successively used in the following (1) A method for producing a surface-emitting laser, which is subjected to steps (7) to (7).
(1) reflected by sequentially forming a layer of GaAs / Al z Ga 1-z As semiconductor first reflective layer made of (0 <Z) and the recess forming by crystal growth method on a substrate made of GaAs or Si A member is produced.
(2) A hollow disk-shaped recess is formed in the recess-forming layer of the reflecting member.
(3) inclusive solution the active layer chip, placed in the reflective member, the solution was stirred was fitted to the active layer chip to the recess, pulling out of solution the reflecting member.
(4) on the surface of the active layer chips distribution in the recess, GaAs / Al z Ga 1- z As semiconductor (0 <Z) Tona Ri by the crystal growth method on a substrate made of GaAs or Si, wherein Another reflecting member formed by forming a second reflecting layer having a reflectance lower than that of the first reflecting layer is disposed , and heated and pressed to be bonded.
(5) The substrate of the other reflecting member is removed.
(6) to mesa processing the second reflective layer of other reflective member so as to leave the second reflective layer on the active layer chip.
(7) Electrodes are formed on the second reflective layer on the active layer chip and on the other main surface of the substrate of the reflective member.
[0018]
According to the surface emitting laser manufacturing method of the present invention, even when two types of substrates having greatly different linear expansion coefficients as in the above configuration are used, one is processed by a substrate and the other is processed into a chip shape. By disposing the chip on the substrate, the amount of distortion is greatly reduced, thereby eliminating damage to the active layer and obtaining good photoelectric characteristics.
[0019]
In addition, since the amount of strain is reduced, the current confinement layer can be formed before the substrates are bonded together, whereby an excellent single transverse mode can be stably obtained.
[0020]
In addition, both in terms of material and fabrication, the active layer on the expensive InP substrate can be processed into blocks to increase the number of wafers taken per wafer by about two orders of magnitude, resulting in reduced manufacturing costs. Thus, a low-cost surface emitting laser can be obtained.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a method for manufacturing a surface emitting laser according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
(Production of active layer chip)
First, a method for producing an active layer chip will be described.
[0023]
FIG. 1 is a manufacturing process diagram (flow chart) of an active layer chip, and sequentially goes through the respective steps (a) to (c).
[0024]
Process (I):
An InGaAs layer 2 is formed as an etching stopper layer on the single crystal InP semiconductor substrate 1 by crystal growth, and then an active layer 3 composed of a multilayer film of InGaAsP semiconductor is crystal-grown. In addition, an InGaAs layer 2 as an etching stopper layer is formed by crystal growth.
[0025]
The active layer 3 has a superlattice structure composed of a thin InGaAsP layer and another InGaAsP layer, and one layer becomes a quantum well layer having a smaller band gap than the other layer. The other is the barrier layer.
[0026]
The or falling edge of quenching the stopper layer, the etching rate for a etching solution, a layer structure so as to be smaller by orders of magnitude as compared with the etching rate for InP substrate.
[0027]
Process (b):
The active layer 3 is mesa-etched. At this time, the etching stopper layer 2 was also etched into the same shape.
[0028]
The etchant used for such etching is hydrochloric acid (HCl + H 2 O) for etching the active layer, and sulfuric acid (H 2 SO 4 + H 2 O 2 + for etching the etching stopper layer. H 2 O) may be used.
[0029]
Process (c):
Next, the back surface of the InP semiconductor substrate is polished to a thickness of several tens of μm, and the substrate is completely removed chemically by wet etching, whereby many active layer chips are obtained. Each chip is, for example, about 30μm in diameter and has a thickness of 0.5μm order of discoid (shaped disks). Hereinafter, such an active layer chip is referred to as a disk 4.
[0030]
The polishing described above may be physically etched using a solution containing slurry. For the chemical wet etching, hydrochloric acid (HCl + H 2 O) may be used as the etching solution.
[0031]
(Method for manufacturing surface emitting laser)
As shown in FIGS. 2 and 3, the following steps (1) to (7) are sequentially performed using each disk 4.
[0032]
Step (1):
GaAs / Al z Ga 1-z As semiconductor are sequentially formed a reflecting layer 6 and the layer 7 of the recess formed consisting of (0 <Z) to produce the reflecting member by a crystal growth method on a substrate 5 made of Si.
[0033]
The reflection layer 6 is a multilayer reflection mirror structure composed of periodic GaAs layers / AlGaAs layers formed by crystal growth, and a combination of GaAs layers / AlGaAs layers was grown in 30 cycles. In this example, a GaAs layer is grown as a recess forming layer 7 on such a multilayer reflective mirror structure.
[0034]
Step (2):
A recess 8 is formed by subjecting the layer 7 for forming the recess of the reflecting member to a recess. The recess 8 has a hollow disk shape, and has a diameter of about 32 μm and a depth of about 0.3 μm.
[0035]
In such recess processing, a resist is patterned by a photolithography process, and then etching is performed.
[0036]
Step (3):
By this step, the disk 4 is disposed in the recess 8.
This step will be described in more detail. The reflecting member subjected to the recess processing obtained in the previous step is put into the solution containing the disk 4, and such a solution is stirred. For this stirring, it is preferable to use a stirrer or an ultrasonic wave. For example, when the stirrer has a structure in which a magnetic bar is rotated by a motor, the metal bar thrown into the solution may be rotated.
[0037]
Through such agitation, the disk 4 is fitted into the recess (recess 8) after a while.
[0038]
If the diameter of the recess 8 is about 1 to 10 μm larger than that of the disk 4, the disk 4 is easy to fit in, and further, the stuck thing is difficult to come out.
[0039]
Also, in the subsequent process, another reflecting member is bonded to the disk 4 so that the depth of the recess 8 is made smaller than the thickness (0.6 to 3 μm) of the disk 4.
[0040]
Step (4):
On the surface of the disk 4 that is distribution to the recesses 8, the other reflective members, arranged so as to face the reflective layer 6.
[0041]
The other reflecting member has the following configuration.
That is, making the reflective layer 10 made of GaAs / Al z Ga 1-z As semiconductor (0 <Z) by crystal growth method on a substrate 9 made of Si, the reflective layer 10 is periodic GaAs layer / A multilayer reflecting mirror structure composed of an AlGaAs layer was formed by crystal growth, and a combination of GaAs layer / AlGaAs layer was grown in 20 cycles.
[0042]
The mirror structure used in step (1) is a 30-cycle GaAs layer / AlGaAs layer (high reflection mirror), but according to this step, a 20-cycle GaAs layer / AlGaAs layer (low reflection mirror). Grew. With such a laminated structure, one mirror reflectivity is higher than the other mirror reflectivity, so that the laser beam generated inside is emitted from the low reflectivity side (low reflection mirror).
[0043]
As described above, the disk 4 is arranged in the recess 8 in the step (3), and then pulled up from the solution in that state. For this purpose, for example, a substrate fixed to a jig or the like may be taken out from the solution together with the jig. Then, in the next step (4), a structure in which another reflecting member is stacked on the disk 4 is obtained. By using an oven or the like, a bonded structure is obtained.
[0044]
The pressing strength at this time is, for example, 300 to 900 g / cm 2 per contact area, and the heating temperature may be, for example, 450 to 650 ° C., which maximizes the mechanical strength at the joint, and Good electrical connection is obtained.
[0045]
Step (5):
The substrate 9 of the other reflecting member is removed.
For this, for example, it is polished or chemically removed by wet etching.
[0046]
Step (6):
The reflective layer 10 of another reflective member is mesa processed. According to this processing, the resist is patterned by a photolithography process and then etched.
[0047]
Step (7):
Ring electrodes 11 are formed on the reflective layer 10 on the reflective layer 10 of the other reflective member and on the other principal surface of the substrate 5, respectively. 4 is formed. These electrodes 11 and 12 are formed by vacuum deposition.
[0048]
The electrodes 11 and 12 are preferably made of a two-layer structure of Zn / Au in the case of having an ohmic junction with a p-type GaAs semiconductor. In addition, Cr / Au, Mn / Au, and Cr / AuGe / Cr / Au may be used. In the case of an n-type GaAs structure, AuGe / Ni / Au may be used.
[0049]
Thus, according to the method for manufacturing a surface emitting laser of the present invention, the disk 4 is manufactured by the steps (A) to (C), and further, the steps (1) to (7) are sequentially performed, whereby the distortion amount of the substrate. By significantly reducing the active layer, eliminating damage to the active layer, obtaining good photoelectric characteristics, and processing the active layer on the expensive InP substrate into a block shape, both in terms of material and production, increasing the number taken per wafer, manufacturing costs I'm thereto is reduced, low-cost surface emitting laser can be obtained.
[0050]
In addition, according to the surface emitting laser obtained by the manufacturing method of the present invention, the current constriction layer can be formed before the substrates are bonded because the amount of distortion of the substrate is reduced. The transverse mode can be obtained stably.
[0051]
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a surface emitting laser having a current confinement layer 13 formed thereon.
[0052]
Further, as shown in FIG. 5, when the current confinement structure opening is formed at the bottom of the depression, if the current confinement layer has a thickness of 20 nm or more, it becomes difficult to make contact with the emission wavelength. It is preferable that a contact is made after forming a transparent material that can be further electrically connected, such as Si or Ge, and filling the hole in the opening of the current confinement structure.
[0053]
It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
[0054]
For example, was produced a reflective layer of GaAs / Al z Ga 1-z As semiconductor (0 <Z) by crystal growth method on a substrate made of Si as a reflecting member, crystal on a substrate made of GaAs Alternatively or a reflective member manufactured a reflective layer of GaAs / Al z Ga 1-z As semiconductor (0 <Z) by deposition.
[0055]
Further, an Al α Ga 1- α As layer (0.8 <α) may be provided between the reflective layer 6 and the substrate 1 or between the reflective layer 10 and the substrate 9. That is, when separating the substrate and the reflective layer, it is preferable in that the Al α Ga 1- α As layer is oxidized and thus selective etching is performed to facilitate separation from the substrate.
[0056]
Furthermore, as shown in FIG. 6, before forming the ring electrode 11 on the surface side, an insulating film 14 made of a synthetic resin or the like may be applied, whereby the periphery of the mesa is insulated to form the electrode. This is preferable in that it is easy to prevent oxidation and the like from around the mesa.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the surface emitting laser manufacturing method of the present invention, even though two types of substrates having greatly different linear expansion coefficients are used, one is processed by a substrate and the other is processed into a chip shape. Is placed on the substrate, the amount of distortion is greatly reduced, thereby eliminating the damage to the active layer, obtaining good photoelectric characteristics, and reducing the amount of distortion, thereby reducing the current confinement layer. As a result, a high-quality and high-reliability surface emitting laser capable of stably obtaining a high-quality and high-reliability single transverse mode can be obtained.
[0058]
Moreover, in the manufacturing method of the present invention, the manufacturing cost is reduced by increasing the number of wafers taken per wafer, thereby providing a low-cost surface emitting laser.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are flowcharts showing a manufacturing process of an active layer chip.
FIGS. 2 (1) to (4) are flowcharts showing a manufacturing process of a surface emitting laser.
FIGS. 3A to 3G are flowcharts showing a manufacturing process of a surface emitting laser. FIGS.
FIG. 4 is an explanatory view showing a schematic cross section of a surface emitting laser according to the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing a schematic cross section of another surface emitting laser according to the present invention.
FIG. 6 is an explanatory view showing a schematic cross section of still another surface emitting laser according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... InP semiconductor substrate 2 ... InGaAs layer 3 ... Active layer 4 ... Disk 5, 9 ... Substrate 6 made of Si, 10 ... Reflective layer 7 ... For forming recesses Layer 8 ... recesses 11, 12 ... electrodes

Claims (1)

InP基板の一主面に、第1のInGaAs層、InGaAsP系半導体の多層膜からなる活性層、第2のInGaAs層を順次結晶成長法により作製し、次いでこの活性層をメサ形状に加工してInP基板上に円板状の活性層チップを複数個配し、続けて上記InP基板より取り除かれた各活性層チップを用いて、順次下記(1)〜(7)の各工程を経ることを特徴とする面発光レーザの製造方法。
(1)GaAsまたはSiからなる基板上に結晶成長法によってGaAs/AlzGa1-zAs半導体(0<Z)からなる第1の反射層と凹部形成用の層とを順次形成して反射部材を作製する。
(2)前記反射部材における凹部形成用の層に中空円板状の凹部を形成する。
(3)前記活性層チップを含んだ溶液中に、前記反射部材を入れ、この溶液を攪拌して上記凹部に前記活性層チップをはめ込ませ、前記反射部材を溶液より引き上げる。
(4)前記凹部され前記活性層チップの面上に、GaAsまたはSiからなる基板上に結晶成長法によってGaAs/AlzGa1-zAs半導体(0<Z)からなり、前記第1の反射層よりも反射率を低くした第2の反射層を形成してなる他の反射部材を配置し、加熱押圧して貼り合わせる。
(5)他の反射部材の基板を除去する。
(6)前記活性層チップ上の第2の反射層を残すように他の反射部材の第2の反射層をメサ加工する。
(7)前記活性層チップ上の前記第2の反射層上ならびに反射部材の基板の他主面上にそれぞれ電極を形成する。
A first InGaAs layer, an active layer composed of a multilayer film of InGaAsP-based semiconductor, and a second InGaAs layer are sequentially formed on one main surface of the InP substrate by a crystal growth method, and then this active layer is processed into a mesa shape. A plurality of disk-shaped active layer chips are arranged on the InP substrate, and the following steps (1) to (7) are sequentially performed using each active layer chip removed from the InP substrate. A method of manufacturing a surface-emitting laser, which is characterized.
(1) reflected by sequentially forming a layer of GaAs / Al z Ga 1-z As semiconductor first reflective layer made of (0 <Z) and the recess forming by crystal growth method on a substrate made of GaAs or Si A member is produced.
(2) A hollow disk-shaped recess is formed in the recess-forming layer of the reflecting member.
(3) inclusive solution the active layer chip, placed in the reflective member, the solution was stirred was fitted to the active layer chip to the recess, pulling out of solution the reflecting member.
(4) on the surface of the active layer chips distribution in the recess, GaAs / Al z Ga 1- z As semiconductor (0 <Z) Tona Ri by the crystal growth method on a substrate made of GaAs or Si, wherein Another reflecting member formed by forming a second reflecting layer having a reflectance lower than that of the first reflecting layer is disposed , and heated and pressed to be bonded.
(5) The substrate of the other reflecting member is removed.
(6) to mesa processing the second reflective layer of other reflective member so as to leave the second reflective layer on the active layer chip.
(7) Electrodes are formed on the second reflective layer on the active layer chip and on the other main surface of the substrate of the reflective member.
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