JPH01183184A - Semiconductor laser and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor laser and manufacture thereof

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JPH01183184A
JPH01183184A JP695088A JP695088A JPH01183184A JP H01183184 A JPH01183184 A JP H01183184A JP 695088 A JP695088 A JP 695088A JP 695088 A JP695088 A JP 695088A JP H01183184 A JPH01183184 A JP H01183184A
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substrate
layer
semiconductor laser
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diffraction grating
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JP695088A
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Japanese (ja)
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Seiichi Miyazawa
宮沢 誠一
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    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/12Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region the resonator having a periodic structure, e.g. in distributed feedback [DFB] lasers
    • H01S5/1228DFB lasers with a complex coupled grating, e.g. gain or loss coupling
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    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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    • H01S5/2235Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode having a structured substrate surface with a protrusion
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    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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Abstract

PURPOSE:To simplify steps, to eliminate the limit of the composition of a layer for forming a laser and to increase the life of the laser by forming a protrusion on a substrate, forming periodic diffraction gratings on the side faces of the protrusion, and so forming a layer on the substrate as to substantially hold the shape Of the substrate. CONSTITUTION:Protrusions which extend toward a resonator are formed on an active layer 34 on a substrate 31 and layers 32, 33 extending under the layer 34, periodic diffraction gratings 44, 45 are formed on the side faces of the protrusions, and films are grown thereon. Accordingly, these films are formed according to the shape of the substrate. Thus, a semiconductor laser which is scarcely affected by an external influence and has a small oscillation wavelength can be simply obtained. Further, the damage to a grown layer due to the formation of the grating after the growth of the film is temporarily interrupted is reduced to eliminate the limit of the composition of the layer, thereby increasing the life of a semiconductor laser.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光通信に適した光を出射する半導体レーザーお
よびその製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor laser that emits light suitable for optical communication and a method for manufacturing the same.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

現在、光通信技術は高速、大容量通信を目標に開発され
ている。高速、大容量通信をする場合、信号源となる光
源には主に次の条件、即ち1)発振波長幅が狭いこと、 2)外部からの影響(温度、湿度など)を受けにくいこ
と、 が必要とされている。
Currently, optical communication technology is being developed with the goal of high-speed, large-capacity communication. When performing high-speed, large-capacity communication, the light source that serves as the signal source must meet the following conditions: 1) The oscillation wavelength width is narrow, and 2) It is not susceptible to external influences (temperature, humidity, etc.). is necessary.

光が伝搬する光ファイバは、第7図(a)に示すように
、PやGeを含んだ石英ガラスをコア2としコアの周辺
はBまたはFを含んだ5j02またはプラスチックなど
のクラッド層1.3で通常覆われている。
As shown in FIG. 7(a), the optical fiber through which light propagates has a core 2 made of quartz glass containing P or Ge, and a cladding layer 1 made of 5j02 or plastic containing B or F around the core. Usually covered by 3.

単一モードファイバーを例にとると、光は主にコア内に
閉じ込められて伝送される。このとき光源から発振する
光の波長幅が広いと、コアには屈折率の波長依存性があ
るため、一定距離を伝送した場合波長の相違により伝送
時間が異なることになる。このため、出力のパルス幅は
人力パルス幅に比べ時間的な広がりを持つ。これを通常
、屈折率分散あるいは波長分散と呼び、光通信の伝送速
度を決定する一つの要因となっている。すなわち、第7
図(a) 、 (b)に示したように光フアイバー内に
パルス6が人力すると、このパルス6の信号を伝搬する
光は波長幅を持ち、波長λ1の光5と波長λ2の光4に
分けられる。パルス6の立上がりにおける波長λ1の光
5、波長λ2の光4は屈折率分散によりそれぞれ出力側
で位置8と位置9に広がる。通常、屈折率分散がなけれ
ばパルス6はパルス6と同波形であるパルス10になる
が、屈折率分散があると、以上、述べたように、パルス
6はパルス7になり時間的に広がる。このため、光源に
強く要求される仕様としては、発振波長幅が狭いことが
まず第1である。
Taking a single mode fiber as an example, light is mainly confined within the core and transmitted. At this time, if the wavelength width of the light oscillated from the light source is wide, the refractive index of the core has wavelength dependence, so when the light is transmitted over a certain distance, the transmission time will differ depending on the difference in wavelength. Therefore, the output pulse width has a temporal spread compared to the manual pulse width. This is usually called refractive index dispersion or wavelength dispersion, and is one of the factors that determines the transmission speed of optical communications. That is, the seventh
As shown in Figures (a) and (b), when a pulse 6 is manually applied into an optical fiber, the light propagating the signal of this pulse 6 has a wavelength width, and is divided into light 5 with wavelength λ1 and light 4 with wavelength λ2. Can be divided. At the rising edge of the pulse 6, the light 5 with the wavelength λ1 and the light 4 with the wavelength λ2 spread to positions 8 and 9, respectively, on the output side due to refractive index dispersion. Normally, if there is no refractive index dispersion, pulse 6 becomes pulse 10, which has the same waveform as pulse 6, but if there is refractive index dispersion, pulse 6 becomes pulse 7, which spreads in time, as described above. For this reason, the first specification strongly required of a light source is that the oscillation wavelength width be narrow.

光源は、発振波長幅が狭いだけではいけない。A light source must not only have a narrow oscillation wavelength width.

即ち、光源には外部からの影響(温度、湿度など)によ
り特性が変化しないということがもう一つの要因として
次のような理由から、要求される。通常、光通信の光源
としては、発振波長幅の狭さなどから、半導体レーザー
が用いられる。しかし、−数的な半導体レーザーの特性
は、特に温度に依存しやすく温度が上昇するにつれ発振
波長は2〜3人/deg程度、長くなる。このように、
レーザーの発振波長が不安定であると信号の伝送速度が
変化したり、不安定な要因が入ってしまう。発振波長が
比較的安定で、光通信に適する光源を提供する半導体レ
ーザーとして開発されているのが、第8図(a)に示す
DFBレーザーである。
That is, the light source is required to have characteristics that do not change due to external influences (temperature, humidity, etc.) for the following reasons. Generally, a semiconductor laser is used as a light source for optical communication because of its narrow oscillation wavelength width. However, the numerical characteristics of semiconductor lasers tend to depend particularly on temperature, and as the temperature rises, the oscillation wavelength becomes longer by about 2 to 3 persons/deg. in this way,
If the oscillation wavelength of the laser is unstable, the signal transmission speed may change or other unstable factors may be introduced. A DFB laser shown in FIG. 8(a) has been developed as a semiconductor laser that has a relatively stable oscillation wavelength and provides a light source suitable for optical communications.

このDFBレーザーについては、“S、Noda、 K
For this DFB laser, “S, Noda, K
.

Kojima、 K、Mitsunaga、 K、にy
uma、 K、Ilamanaka。
Kojima, K., Mitsunaga, K.
uma, K., Ilamanaka.

and T、Nakayama、Appl、 phys
、 Lett、 48. I’767頁(1986)”
等に記載されている。
and T, Nakayama, Appl, phys
, Lett, 48. I'767 pages (1986)
It is described in etc.

第8図(a)、第8図(b)を参照してDFBレーザー
の一般的製作方法の一例について説明する。
An example of a general method for manufacturing a DFB laser will be described with reference to FIGS. 8(a) and 8(b).

n−GaAs基板11上にn−G’aAsバッファ層1
2を厚さ0.2μ’m 、 n−AIo4Gao、 、
、Asクラッド層13を厚さ 1.5μm、活性層14
を順次積層する。なお、活性層14はnondoped
−Alo2Gao、 6Asバリア層(厚さ35人)の
5層と、nc+ndoped−GaAsウェル層(厚さ
120人)の6層とが交互に積層して構成されている。
n-G'aAs buffer layer 1 on n-GaAs substrate 11
2 with a thickness of 0.2 μ'm, n-AIo4Gao, ,
, the thickness of the As cladding layer 13 is 1.5 μm, and the active layer 14
are sequentially stacked. Note that the active layer 14 is nondoped.
-Alo2Gao, 5 layers of 6As barrier layers (35 layers thick) and 6 layers of nc+ndoped-GaAs well layers (120 layers thick) are alternately laminated.

さらにこの上にP−A]42.Ga、、 、3Asバリ
ア層15を厚さ0.02μm 、 ’P−AI。+3G
ao、 a7Asガイド層16を厚さ0.2μ田はど形
成する。この後、干渉露光により周期2535人の回折
格子をP−Alo、 rsGao、 67ASガイド層
16上に形成する。回折格子形成のためのエツチング液
は、H2SO4:1(202:H2O系を使用する。以
上の工程で作製されたウェハは第8図(a)に示すよう
になる。この後、さらに2回目の膜成長を行なう。2回
目の膜成長の工程では、回折格子が形成されたl”Al
o、 +3caO,8TASガイド層16上にP−A1
.3Ga0. 、Asサブクラディング層18を厚さ0
.29μm 、 P−A1.4Gao6Asクラッド層
19を厚さ 1.2μm 、 P”−GaAs、 コン
タクト層20を厚さ0.j4zm 。
Furthermore, P-A on top of this]42. Ga, , , 3As barrier layer 15 with a thickness of 0.02 μm, 'P-AI. +3G
An ao, a7As guide layer 16 is formed to a thickness of 0.2 μm. Thereafter, a diffraction grating with a period of 2535 is formed on the P-Alo, rsGao, and 67AS guide layer 16 by interference exposure. The etching solution used to form the diffraction grating is H2SO4:1 (202:H2O).The wafer produced through the above steps becomes as shown in Figure 8(a).After this, a second etching process is performed. Film growth is performed. In the second film growth process, the l”Al layer on which the diffraction grating has been formed is
o, +3caO, 8TAS P-A1 on the guide layer 16
.. 3Ga0. , the As subcladding layer 18 has a thickness of 0.
.. 29 μm, P-A1.4Gao6As cladding layer 19 has a thickness of 1.2 μm, P”-GaAs, contact layer 20 has a thickness of 0.j4zm.

順次形成する。この後、電流注入の効率化のためのリッ
ジを形成する。その方法としては、通常のホトリソ技術
を用いて回折格子に直交するようにレジストをストライ
ブ状に形成し、に3H4(叶) (COOH)3:H2
0□=5:lのエツチング液を用いて、室温でP−AI
’0.13Ga0.87ASガイド層16上までエツチ
ングする。さらに、リッジ以外の部分に電流が注入され
ないように、5in2層17をリッジの上部以外の部分
に形成し、最後に、n−GaAs基板11の下面、5j
02層17の上面にそれぞれAu/Cr、八uGe/N
i/Auを蒸着し、下部電極22、上部電極21を設け
る。
Form sequentially. After this, a ridge is formed to improve the efficiency of current injection. The method is to form a strip of resist perpendicular to the diffraction grating using normal photolithography technology, and
P-AI at room temperature using 0□=5:l etching solution.
'0.13Ga0.87AS Etching is performed up to the top of the guide layer 16. Furthermore, in order to prevent current from being injected into parts other than the ridge, a 5in2 layer 17 is formed on the part other than the upper part of the ridge, and finally, the bottom surface of the n-GaAs substrate 11, 5j
Au/Cr and 8uGe/N on the top surface of the 02 layer 17, respectively.
i/Au is deposited to provide a lower electrode 22 and an upper electrode 21.

上記工程に従って実際に作製した半導体レーザーでは、
活性層14の発振光は活性層14の上下層へも広がり、
ガイド層16の回折格子の影響を受け、発振光の波長が
安定になる。この半導体レーザーの閾値電流は28mA
、外部微分量子効率は48%であり、さらに縦モードは
単一であり、波長の温度依存性も0.76人/degで
あった。このように、光通信用の光源の条件である1)
発振波長幅が狭い、 2)温度依存性が小さいことを満
たすもので、ある。
In the semiconductor laser actually manufactured according to the above process,
The oscillation light of the active layer 14 spreads to the upper and lower layers of the active layer 14,
The wavelength of the oscillated light becomes stable under the influence of the diffraction grating of the guide layer 16. The threshold current of this semiconductor laser is 28mA
The external differential quantum efficiency was 48%, the longitudinal mode was single, and the temperature dependence of wavelength was 0.76 persons/deg. In this way, the conditions for light sources for optical communication are 1)
The oscillation wavelength width is narrow, and 2) the temperature dependence is small.

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

しかしながら上記従来例の半導体レーザーの作製では、
2回に分けた膜成長の過程が必要であり、 1)工程が複雑 2)膜再成長させるためにレーザーを構成する層の組成
が限定されてしまう。
However, in the production of the conventional semiconductor laser mentioned above,
A two-part film growth process is required; 1) the process is complicated; and 2) the composition of the layers constituting the laser for film regrowth is limited.

という欠点がある。1)の工程が複雑というのは、−皮
膜成長を止め、加工し、さらに、膜成長を行なうため、
DFBレーザー以外の半導体レーザーの作製に利用する
連続的な膜成長により工程が複雑となり、成長膜にダメ
ージも入りやすいことを意味する。2)の膜を再成長さ
せるためにレーザーを構成する層の組成が限定されて来
るというのは、次のようなことを意味する。再成長の場
合、多量にAIを含む(X≧0.4)膜上へのP−AI
GaAsの成長は不可能である。そこで、第8図(a)
に示す例も回折格子を形成する層は、Xの小さい、例え
ばx = 0.13のP−AIGaAsを用いることが
必要となり、層の組成が限定されて来るわけである。
There is a drawback. The process of 1) is complicated because: - Stopping film growth, processing, and then growing the film.
The continuous film growth used in the production of semiconductor lasers other than DFB lasers complicates the process and means that the grown film is likely to be damaged. 2) The fact that the composition of the layer constituting the laser is limited in order to re-grow the film means the following. In the case of regrowth, P-AI on a film containing a large amount of AI (X≧0.4)
Growth of GaAs is not possible. Therefore, Fig. 8(a)
In the example shown in , it is necessary to use P-AIGaAs with a small X, for example, x = 0.13, for the layer forming the diffraction grating, and the composition of the layer is limited.

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

基板上に、少なくとも活性層、PN接合を含む一層以上
の半導体層が積層され、該半導体層に順方向電流を通電
する電極が設けられている半導体レーザーにおいて、 前記活性層と前記活性層の下部に存在する層が共振器方
向に伸びる凸部を有し、かつ該凸部の側面上に周期的な
回折格子が形成されていることを特徴とする半導体レー
ザーと、 基板に凸部を形成する工程と、前記凸部の側面上に周期
的な回折格子を形成する工程と、前記基板上に層を前記
基板の形をほぼ保つように形成する工程を含むことを特
徴とする半導体レーザーの製造方法である。
A semiconductor laser in which one or more semiconductor layers including at least an active layer and a PN junction are laminated on a substrate, and an electrode for passing a forward current to the semiconductor layer is provided, the active layer and the lower part of the active layer A semiconductor laser characterized in that a layer existing in the substrate has a convex portion extending in the direction of the resonator, and a periodic diffraction grating is formed on the side surface of the convex portion, and the convex portion is formed on a substrate. a step of forming a periodic diffraction grating on the side surface of the convex portion; and a step of forming a layer on the substrate so as to substantially maintain the shape of the substrate. It's a method.

〔作用〕[Effect]

本発明は、あらかじめ基板に凸部を形成し、該凸部の側
面上に回折格子を形成して該基板に膜成長させるもので
ある。これにより、これらの膜は基板の形状を反映して
形成されることになり、リッジにおける活性層の側面上
に回折格子が形成される。これにより、第6図に示すよ
うに、回折格子のピッチをd、光の入射角をθとすると
発振光の波長λは次式を満たすものである。
In the present invention, a convex portion is formed on a substrate in advance, a diffraction grating is formed on the side surface of the convex portion, and a film is grown on the substrate. As a result, these films are formed to reflect the shape of the substrate, and a diffraction grating is formed on the side surface of the active layer at the ridge. As a result, as shown in FIG. 6, when the pitch of the diffraction grating is d and the incident angle of light is θ, the wavelength λ of the oscillated light satisfies the following equation.

mλ=2dcosθ(m= 1.2,3.、、、 )こ
こでθはほとんど0°であるから上式は0λ=2dとな
る。したがって、レーザーは回折格子のピッチdに対応
した波長において発振することになり、従来の半導体レ
ーザーにおける外的影響(温度、湿度、注入電流等)に
よる波長不安定化を改善できるとともに、ピッチdが非
常に小さいため、モード間隔は広くなり、モード間隔遷
移はほとんどなくなる。
mλ=2dcosθ (m=1.2, 3., , ) Here, since θ is almost 0°, the above equation becomes 0λ=2d. Therefore, the laser oscillates at a wavelength corresponding to the pitch d of the diffraction grating, which can improve wavelength instability caused by external influences (temperature, humidity, injection current, etc.) in conventional semiconductor lasers, and also improve the pitch d. Because it is so small, the mode spacing becomes wide and there are almost no mode spacing transitions.

さらに、本発明では、あらかじめ加工された半導体基板
上に積層される半導体層はその加工形状を保つように形
成されるので成長の中断をすることなく簡単な工程で半
導体レーザーを作製出来る。したがって、DFBレーザ
ーに比べ長寿命化が可能となる。さらに特性的にも欠陥
の減少から閾値電流の改善、微分量子効率の改善が図れ
る。
Furthermore, in the present invention, the semiconductor layer stacked on the pre-processed semiconductor substrate is formed so as to maintain its processed shape, so a semiconductor laser can be manufactured through simple steps without interrupting growth. Therefore, it is possible to have a longer life than a DFB laser. Furthermore, in terms of characteristics, the threshold current and differential quantum efficiency can be improved due to the reduction in defects.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の半導体レーザーの一実施例を示す模式
斜視図、第2図は第1図の基板31の斜視図、第3図(
a)〜第3図(e)は第2図の基板31の作製方法を示
す模式図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of the semiconductor laser of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the substrate 31 in FIG. 1, and FIG.
a) to FIG. 3(e) are schematic diagrams showing a method of manufacturing the substrate 31 of FIG. 2.

本実施例では、中央部に共振器方向に伸びる凸部を有し
、かつ凸部の側面上および凸部両側の基板31上に凸部
の長手方向に伸びる回折格子44.45が形成されたn
−GaAs基板31(厚さ350μm )上に順次、n
−GaAsバッファ層32(同0.5μm )、n−A
lo5Gao、 sAsクラッド層33(同1.5μm
 )、活性層34が積層されている。なお活性層34は
nondopen−Alo、 、、Gao、 、Asバ
リア層(厚さ 100人)の4層と、 nondope
d−A1.、 +Gao9八Sウェ八属ウェル層0人)
の5層とが交互に積層して構成されている。さらに、こ
の上に順次、 P−A1.、5Gao、 sAsクラッ
ド層35(同1.5μm ) 、P−GaAsrンタク
ト層36(同0.5μm ) 、電流狭窄用の5層02
層37(同3000人)、が積層されている。ただし、
S i ’02層37はリッジ上部を覆わないように設
けられている。
In this example, a convex portion extending in the direction of the resonator is provided at the center, and diffraction gratings 44 and 45 extending in the longitudinal direction of the convex portion are formed on the side surfaces of the convex portion and on the substrate 31 on both sides of the convex portion. n
- On the GaAs substrate 31 (thickness 350 μm),
-GaAs buffer layer 32 (0.5 μm), n-A
lo5Gao, sAs cladding layer 33 (1.5 μm
), an active layer 34 is laminated. The active layer 34 includes four layers of nondopen-Alo, , Gao, and As barrier layers (thickness: 100 layers), and nondopen-Alo, , Gao, and As barrier layers (thickness: 100 layers).
d-A1. , +Gao98Swe8genwelllayer0people)
5 layers are alternately laminated. Furthermore, on top of this, P-A1. , 5 Gao, sAs cladding layer 35 (1.5 μm), P-GaAsr contact layer 36 (0.5 μm), 5 layers for current confinement 02
Layer 37 (3,000 people) is stacked. however,
The S i '02 layer 37 is provided so as not to cover the upper part of the ridge.

さらに、n=GaAs基板31の下面、5in2層37
の上面にそれぞれAuGe/Ni/八u、 Cr/へu
が蒸着され、下部電極39、上部電極38が設けられて
いる。この半導体レーザーに電流40を流すと活性層3
4の凸部の上面が発光する。この半導体レーザーはリッ
ジにおける各層の側面と底面に回折格子を有しているた
め外的影響に対する波長幅の安定化が図れる。さらに、
本発明の半導体レーザーはリッジ構造を有するため、電
流の注入が効率よく発光部に供給されることになり、波
長安定型レーザーに最も適した構成となっている。n型
、p型のドーパントは、本実施例ではSnとBeを用い
た。
Further, n=lower surface of GaAs substrate 31, 5in2 layer 37
AuGe/Ni/8u and Cr/heu on the top surface of the
is deposited, and a lower electrode 39 and an upper electrode 38 are provided. When a current 40 is applied to this semiconductor laser, the active layer 3
The upper surface of the convex portion 4 emits light. Since this semiconductor laser has a diffraction grating on the side and bottom surfaces of each layer in the ridge, the wavelength width can be stabilized against external influences. moreover,
Since the semiconductor laser of the present invention has a ridge structure, current can be efficiently injected into the light emitting section, making it the most suitable configuration for a wavelength-stable laser. In this embodiment, Sn and Be are used as n-type and p-type dopants.

本実施例では、膜成長法として、MBE法を用いた。成
長条件は、基板温度450℃、GaとAsのフラックス
比はCa: As= 1 : 2であり、基板を回転さ
せて膜成長を行った。ただし、本発明の方法はMBE法
のみに限定されるものではなく、MOCVD法、LPE
法で膜を形成することも可能である。また、本実施例の
ウェハーはGaAs系化合物で構成されているが、Al
Ga1nS 、 InGaAsP等のm−v族化合物、
その他のII−Vl族化合物で構成されてもよい。
In this example, the MBE method was used as the film growth method. The growth conditions were a substrate temperature of 450° C., a Ga:As flux ratio of Ca:As=1:2, and film growth was performed by rotating the substrate. However, the method of the present invention is not limited to only MBE method, but also MOCVD method, LPE method.
It is also possible to form a film by a method. Furthermore, although the wafer of this example is made of a GaAs-based compound,
m-v group compounds such as Ga1nS and InGaAsP,
It may also be composed of other II-Vl group compounds.

次に、第3図(a)〜第3図(e)を参照して第2図の
基板の作製方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the substrate shown in FIG. 2 will be explained with reference to FIGS. 3(a) to 3(e).

まず、n−GaAs基板31上の中央部にS i02マ
スク41を幅5μm、厚さ2000人形成したく第3図
(a))。
First, an Si02 mask 41 having a width of 5 μm and a thickness of 2000 is formed at the center of the n-GaAs substrate 31 (FIG. 3(a)).

次に、この上に回折格子作製用のレジスト42を塗布し
た(第3図(b))。
Next, a resist 42 for producing a diffraction grating was applied thereon (FIG. 3(b)).

次に、キシレンを含浸液として、基板入射角θ=37°
、波長4416人のHe−Codレーザーテ二光束干渉
露光を行ない、周期2400人の干渉縞43を形成した
(第3図(C))。
Next, using xylene as the impregnating liquid, the substrate incidence angle θ = 37°
, He-Cod laser beam interference exposure with a wavelength of 4,416 beams was performed, and interference fringes 43 with a period of 2,400 beams were formed (FIG. 3(C)).

次に、 H2SO4: H2O2: 820 = 7 
: 1 : 1のエツチング液を用い、液温10℃で約
90秒はどウェットエッチングしてリッジの側面、リッ
ジ底部のn−GaAs基板31にそれぞれ回折格子45
.44が形成された。エツチング深さを1μmとすると
リッジ上部幅は、5in2マスク41よりも約2μm細
くなり、リッジ上部の幅は3μmとなった(第3図(d
))。次に、5j02マスク41を取り除いた(第3図
(e))。 以上の工程により、リッジ上面46は平坦
となり、回折格子は、リッジの側面、リッジ底部のn−
GaAs基板31上に形成された。
Next, H2SO4: H2O2: 820 = 7
Diffraction gratings 45 are formed on the sides of the ridge and on the n-GaAs substrate 31 at the bottom of the ridge by wet etching for about 90 seconds using a 1:1 etching solution at a solution temperature of 10°C.
.. 44 were formed. When the etching depth is 1 μm, the width of the top of the ridge is approximately 2 μm narrower than that of the 5in2 mask 41, and the width of the top of the ridge is 3 μm (see Fig. 3 (d).
)). Next, the 5j02 mask 41 was removed (FIG. 3(e)). Through the above steps, the top surface 46 of the ridge becomes flat, and the diffraction grating is formed on the sides of the ridge and at the bottom of the ridge.
It was formed on a GaAs substrate 31.

なお、レジスト42としてはシブレイ社製のレジスト(
商品名:マイクロポジットMP1300−1’7 )を
用いた。
Note that the resist 42 is a resist manufactured by Sibley (
Product name: Microposit MP1300-1'7) was used.

上記のようにして作製された基板は(100)の結晶表
面を有し凸部は[011]方向に延在している。
The substrate manufactured as described above has a (100) crystal surface and the convex portions extend in the [011] direction.

また、[011]方向に凸部を延在することにより[0
11]方向の場合と同様な効果が得られる。ただし、こ
の場合、基板をウェットエツチングする時、Br2−C
H30H系のエツチング液を用いる必要がある。さらに
、凸部を例えば[011]方向に沿って延在させる場合
、その精度は[011]軸から上下左右に±15°以内
であることが必要であり、[011,]方向の場合も同
様である。
In addition, by extending the convex portion in the [011] direction, the [0
11] The same effect as in the case of the direction can be obtained. However, in this case, when wet etching the substrate, Br2-C
It is necessary to use an H30H-based etching solution. Furthermore, when extending the convex part along the [011] direction, for example, the accuracy needs to be within ±15° in the vertical and horizontal directions from the [011] axis, and the same is true for the [011,] direction. It is.

第4図(a)〜第4図(e)は基板の作製方法の第2の
例を示す模式図である。
FIGS. 4(a) to 4(e) are schematic diagrams showing a second example of the method for manufacturing the substrate.

第3図(a)〜第3図(e)の場合と異なるのは、凸部
の上面にも回折格子を設けたことにある。
The difference from the cases shown in FIGS. 3(a) to 3(e) is that a diffraction grating is also provided on the upper surface of the convex portion.

まず、厚さ350μmのn−GaAs基板:nv7cに
厚さ2000人のレジスト42を形成したく第4図(a
))。
First, we want to form a resist 42 with a thickness of 2000 on an n-GaAs substrate (nv7c) with a thickness of 350 μm as shown in FIG.
)).

次に、キシレンを含浸液として、基板入射角θ=46°
、波長4880人のArレーザーで三光束干渉露光を行
ない、周期2260人の干渉縞43を形成した(第4図
(b))。
Next, using xylene as the impregnating liquid, the substrate incidence angle θ = 46°
, three-beam interference exposure was performed using an Ar laser with a wavelength of 4880 rays, and interference fringes 43 with a period of 2260 rays were formed (FIG. 4(b)).

次に、 H2SO,: H2O2: H2O= 1 :
 1 : 100)、:cッチング液を用い、液温10
℃で約20秒はどウェットエツチングして回折格子44
を形成した(第4図(C))。
Next, H2SO,: H2O2: H2O= 1:
1:100), :c using a solution temperature of 10
Wet-etch the diffraction grating 44 at ℃ for about 20 seconds.
was formed (Fig. 4(C)).

さらに、この上のリッジに対応する部分に幅5μm、厚
さ2000人の5in2マスク41を形成した(第4図
(d))。
Further, a 5in2 mask 41 having a width of 5 μm and a thickness of 2000 was formed in a portion corresponding to the upper ridge (FIG. 4(d)).

次に、これをウェットエツチング(例えば)+2sOJ
 系)でエツチングし、回折格子45.47を形成する
。この結果、回折格子44の高さは低くなり、ゆるやか
な形状となる(第4図(e))。
Next, wet-etch this (for example) + 2sOJ
system) to form diffraction gratings 45 and 47. As a result, the height of the diffraction grating 44 becomes low and the shape becomes gentle (FIG. 4(e)).

上記のように加工された基板の凸部の上面にも回折格子
47が形成されているので、この基板を用いて作製され
る半導体レーザーのリッジ上部にも回折格子が形成され
ることになる。したがって、さらに発振波長の安定化が
図れる。
Since the diffraction grating 47 is also formed on the upper surface of the convex portion of the substrate processed as described above, the diffraction grating is also formed on the ridge of the semiconductor laser manufactured using this substrate. Therefore, the oscillation wavelength can be further stabilized.

なお、第3図に示した構成もドライエツチング法を用い
ても形成出来ることは明らかである。また実施例では、
n型基板を用いたが、p型基板を用いてもよく、同様の
効果を得ることは容易である。この場合、第1図におい
て積層する層のp。
It is clear that the structure shown in FIG. 3 can also be formed using the dry etching method. In addition, in the example,
Although an n-type substrate is used, a p-type substrate may also be used and the same effect can be easily obtained. In this case, p of the layer to be laminated in FIG.

n極性を反対にする必要がある。なお、基板をドライエ
ツチングする場合には基板に対する入射ビームの方向を
調整してリッジ側面とリッジ底面となす角度は、任意に
することができる。
It is necessary to reverse the n polarity. Note that when dry etching a substrate, the angle between the side surface of the ridge and the bottom surface of the ridge can be set arbitrarily by adjusting the direction of the incident beam on the substrate.

以上、単一のレーザー構造について述べたが本発明の方
法によればレーザー構造を1回のホトリソブラフイエ程
により、レーザー構造を複数個、並べることができるの
で、アレイレーザーも作製できる。
Although a single laser structure has been described above, according to the method of the present invention, a plurality of laser structures can be arranged in a single photolithography process, so an array laser can also be produced.

第5図(a)〜第5図(e)は基板の作製方法の第3の
具体例を示す模式図である。
FIGS. 5(a) to 5(e) are schematic diagrams showing a third specific example of the method for manufacturing the substrate.

本例では、ウェットエツチングではなくドライエツチン
グにより回折格子を基板に形成した例である。
In this example, a diffraction grating is formed on a substrate by dry etching rather than wet etching.

まず、(100)面のGaAs基板31上の中央部にス
トライブ幅3μmのパターンを[011]軸に沿って形
成した。このパターンは厚さ2000人のレジスト51
、厚さ500人のTi層52、厚さ2000人のレジス
ト53の積層構成である(第5図(a))。
First, a pattern with a stripe width of 3 μm was formed along the [011] axis at the center of the GaAs substrate 31 having the (100) plane. This pattern has a thickness of 2,000 people and resists 51
, a Ti layer 52 with a thickness of 500 layers, and a resist 53 with a thickness of 2000 layers (FIG. 5(a)).

このウェハの上に回折格子形成用のレジストパターンを
形成した。このレジストパターンは厚さ2000人のレ
ジスト54、厚さ500人のTi層55、厚さ2000
人のレジスト56の積層構成である(第5図(b))。
A resist pattern for forming a diffraction grating was formed on this wafer. This resist pattern consists of a resist 54 with a thickness of 2000, a Ti layer 55 with a thickness of 500, and a thickness of 2000.
This is the laminated structure of the human resist 56 (FIG. 5(b)).

次に、レジスト56を干渉露光し、2450人周期でレ
ジスト56に干渉縞57を形成した(第5図(C))。
Next, the resist 56 was subjected to interference exposure to form interference fringes 57 on the resist 56 at a cycle of 2450 (FIG. 5(C)).

さらにTi層55をCF4でドライエツチングし、さら
にレジスト54を02アツシングしてマスクを形成した
。このマスクを利用しCI2又はArのドライエツチン
グにて回折格子44.45とリッジを形成した。この回
折格子44.45はそれぞれリッジ底部の基板31上、
リッジ側面に形成された(第5図(d))。最後にレジ
スト51,53 、Ti層52を除去した(第5図(e
))。
Further, the Ti layer 55 was dry etched with CF4, and the resist 54 was further etched by 02 to form a mask. Using this mask, diffraction gratings 44 and 45 and ridges were formed by dry etching with CI2 or Ar. These diffraction gratings 44 and 45 are located on the substrate 31 at the bottom of the ridge, respectively.
It was formed on the side surface of the ridge (Fig. 5(d)). Finally, the resists 51 and 53 and the Ti layer 52 were removed (Fig. 5(e)
)).

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、基板にあらかじめ凸部を形成し、
該凸部の側面上に回折格子を形成し、その上に膜成長す
ることにより、これらの膜は基板の形状を反映して形成
される。これによりリッジにおける活性層の側面上に回
折格子が形成され、外部影響を受けにくく、発振波長幅
も小さいという長所を保持した半導体レーザーの製造工
程が簡単化され、また、従来のDFBレーザーの作製方
法のように膜成長を一時中断した後、回折格子を形成す
ることによる成長層へのダメージが減少し、層の組成の
限定がなくなる。このため、上記長所を有する半導体レ
ーザーの長寿命化が図れ、かつダメージの減少から閾値
電流の低下、微分量子効率の改善も図れる。
As explained above, by forming convex portions on the substrate in advance,
By forming a diffraction grating on the side surface of the convex portion and growing a film thereon, these films are formed to reflect the shape of the substrate. As a result, a diffraction grating is formed on the side surface of the active layer in the ridge, which simplifies the manufacturing process of a semiconductor laser that maintains the advantages of being less susceptible to external influences and having a narrow oscillation wavelength width. After temporarily suspending film growth as in the method, damage to the grown layer due to the formation of a diffraction grating is reduced and the composition of the layer is no longer limited. Therefore, it is possible to extend the life of the semiconductor laser having the above-mentioned advantages, and also to reduce damage, reduce threshold current, and improve differential quantum efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の半導体レーザーの一実施例を示す模式
斜視図、第2図は第1図の半導体レーザーの基板の斜視
図、第3図(a)〜第3図(e)は第1図の基板の加工
工程を示す図、第4図(a)〜第4図(e)、第5図(
a)〜第5図(e)はそれぞれ基板の加工工程を示す第
2.第3の例を示す図、第6図は回折格子による波長安
定化を示す図、第7図(a)、第7図(b)は光フアイ
バー中の屈折率分散を示す図、第8図(a)は従来例の
半導体レーザーの斜視図、第8図(b)は第8図(a)
の半導体レーザーの製造工程の一過程を示す斜視図であ
る。 1.3・・・・・・・・クラッド層、 2・・・・・・・・・・・・コア、 4.5・・・・・・・・光、 6、 7.10・・・・パルス、 8.9・・・・・・・・位置、 11.31・・・・−−−−n−GaAs基板、12、
32・・・・・・・・n−GaAsバッファ層、13・
・・・・・・・・・・・n−Alo、 4Gao6八S
クラッド層、14、34・・・・・・・・活性層、 151++++++++”6+p−AIo27Gao、
 73ASバリア層、16・・・・”・・・・P−AI
。、 13G80.87ASガイド層、17、37・・
・・・・・・5i02層、18”・・・・・・・・P−
AI(+  3Gao  7ASサブクラディング層、 19・・・・・・・・・・・・l”AI。、 4Gao
、 6ASクラッド層、20・・・・・・・・・・・・
P”−GaAsコンタクト層、21、38・・・・・・
・・上部電極、22、39・・・・・・・・下部電極、
33、35・=n−Alo、5Gao、、、Asクラッ
ド層、36・・・・=・・・・・・・P−GaAsコン
タクト層、40・・・・・・・・・・・・電流、 41・・・・・・・・・・・・5i02マスク、42、
51.53.54.56・・・・レジスト、43、57
・・・・・・・・干渉縞、 44、45.47・・・・回折格子、 46・・・・・・・・・・・・リッジ上部、52、55
・・・・・・・・Ti層。 特許出願人  キャノン株式会社
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of the semiconductor laser of the present invention, FIG. 2 is a perspective view of the substrate of the semiconductor laser shown in FIG. 1, and FIGS. Figures illustrating the processing steps for the substrate in Figure 1, Figures 4(a) to 4(e), and Figure 5(
2.a) to 5(e) respectively show the processing steps of the substrate. Figure 6 shows the third example, Figure 6 shows wavelength stabilization using a diffraction grating, Figures 7(a) and 7(b) show refractive index dispersion in the optical fiber, and Figure 8. (a) is a perspective view of a conventional semiconductor laser, and FIG. 8(b) is FIG. 8(a).
FIG. 3 is a perspective view showing one step in the manufacturing process of the semiconductor laser of FIG. 1.3...Clad layer, 2...Core, 4.5...Light, 6, 7.10...・Pulse, 8.9...position, 11.31...---n-GaAs substrate, 12,
32...n-GaAs buffer layer, 13.
・・・・・・・・・・・・n-Alo, 4Gao68S
Cladding layer, 14, 34... Active layer, 151+++++++++"6+p-AIo27Gao,
73AS barrier layer, 16..."...P-AI
. , 13G80.87AS guide layer, 17, 37...
・・・・・・5i02 layer, 18”・・・・・・P-
AI (+3Gao 7AS subcladding layer, 19・・・・・・・・・・・・l”AI., 4Gao
, 6AS cladding layer, 20...
P''-GaAs contact layer, 21, 38...
...Top electrode, 22, 39...Bottom electrode,
33, 35...=n-Alo, 5Gao,..., As clad layer, 36...=...P-GaAs contact layer, 40...... Current , 41...5i02 mask, 42,
51.53.54.56...Resist, 43, 57
......Interference fringes, 44, 45.47...Diffraction grating, 46......Ridge upper part, 52, 55
......Ti layer. Patent applicant Canon Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)基板上に、少なくとも活性層、PN接合を含む一層
以上の半導体層が積層され、該半導体層に順方向電流を
通電する電極が設けられている半導体レーザーにおいて
、 前記活性層と前記活性層の下部に存在する層が共振器方
向に伸びる凸部を有し、かつ該凸部の側面上に周期的な
回折格子が形成されていることを特徴とする半導体レー
ザー。 2)前記基板上の層は前記基板の形をほぼ保つように形
成される請求項1記載の半導体レーザー。 3)前記凸部は(100)表面を有する前記基板上にほ
ぼ[011]軸にそって形成される請求項1記載の半導
体レーザー。 4)前記凸部は(100)表面を有する前記基板上にほ
ぼ[01@1@]軸にそって形成される請求項1記載の
半導体レーザー。 5)基板に凸部を形成する工程と、前記凸部の側面上に
周期的な回折格子を形成する工程と、前記基板上に層を
前記基板の形をほぼ保つように形成する工程を含むこと
を特徴とする半導体レーザーの製造方法。
[Scope of Claims] 1) A semiconductor laser in which one or more semiconductor layers including at least an active layer and a PN junction are laminated on a substrate, and an electrode for passing a forward current to the semiconductor layer is provided, comprising: A semiconductor laser characterized in that an active layer and a layer below the active layer have a convex portion extending in the direction of a resonator, and a periodic diffraction grating is formed on a side surface of the convex portion. 2) The semiconductor laser according to claim 1, wherein the layer on the substrate is formed so as to substantially maintain the shape of the substrate. 3) The semiconductor laser according to claim 1, wherein the convex portion is formed on the substrate having a (100) surface approximately along the [011] axis. 4) The semiconductor laser according to claim 1, wherein the convex portion is formed on the substrate having a (100) surface approximately along the [01@1@] axis. 5) The method includes forming a convex portion on a substrate, forming a periodic diffraction grating on the side surface of the convex portion, and forming a layer on the substrate so as to substantially maintain the shape of the substrate. A method for manufacturing a semiconductor laser, characterized by:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06216472A (en) * 1992-11-25 1994-08-05 Internatl Business Mach Corp <Ibm> High-power fundamental mode operation type semiconductor ridge waveguide laser having roughened ridge on sidewall
JPH07168045A (en) * 1993-09-24 1995-07-04 Koninkl Ptt Nederland Nv Integrated optical polarization converter wherein periodic coupling is reinforced

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