JPH0156522B2 - - Google Patents

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JPH0156522B2
JPH0156522B2 JP4866580A JP4866580A JPH0156522B2 JP H0156522 B2 JPH0156522 B2 JP H0156522B2 JP 4866580 A JP4866580 A JP 4866580A JP 4866580 A JP4866580 A JP 4866580A JP H0156522 B2 JPH0156522 B2 JP H0156522B2
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conductivity type
active layer
inp
epitaxial growth
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体発光装置、特に埋め込みヘテロ
構造半導体レーザ装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a buried heterostructure semiconductor laser device.

光フアイバ通信システムは光フアイバ、光源、
受光器、および各種光回路部品の開発の著しい進
展に伴ない、急速に実用化段階に入つている。特
に光フアイバと光源との組合せでは、シリカガラ
ス系の単一モード光フアイバ(SMF)では、光
波長1.3μm帯及び1.5μm帯の伝送損失が0.5dB/
Kmと超低損失であること、又In1-xGaxAs1-yPy
InP系の混晶を材料とするレーザダイオード
(LD)の発光波長が約1.1〜1.7μmであることか
ら、In1-xGaxAs1-yPy/InP系のLDとシリカガラ
ス系SMFとの組合せで、50Km以上を無中継で伝
送する長距離・大容量の光フアイバ伝送システム
を構成することも可能となつてきている。
A fiber optic communication system consists of an optical fiber, a light source,
With remarkable progress in the development of optical receivers and various optical circuit components, they are rapidly entering the stage of practical application. In particular, in the combination of an optical fiber and a light source, a silica glass single mode optical fiber (SMF) has a transmission loss of 0.5 dB/
Km and ultra-low loss, and In 1-x Ga x As 1-y P y /
Since the emission wavelength of a laser diode (LD) made of InP-based mixed crystal is approximately 1.1 to 1.7 μm, In 1-x Ga x As 1-y P y /InP-based LD and silica glass-based SMF In combination, it has become possible to construct a long-distance, large-capacity optical fiber transmission system that can transmit data over 50 km without repeating.

光フアイバ伝送システム用の光源としてレーザ
ダイオードは小型、高効率、直接変調可能などの
特徴を有しているが、実用に供される光源として
は、光フアイバとの結合等を考慮すると、低発振
閾値電流、高光出力での基本横モード発振、更に
高温動作可能などの高性能が要求される。これら
の要求を満たすべく種々の構造の半導体レーザが
製作されて来ているが、特に埋め込みヘテロ構造
半導体レーザ(BHLDという)のキヤリアと光
の両者が完全に活性層に閉じ込められる構造であ
るため、低発振閾値電流、高温動作可能、出射ビ
ームが等方的であることなどから、光フアイバ通
信システムの光源に見合つた良好な特性を示すこ
とが知られている。
As a light source for optical fiber transmission systems, laser diodes have characteristics such as small size, high efficiency, and direct modulation. High performance is required, including threshold current, fundamental transverse mode oscillation with high optical output, and the ability to operate at high temperatures. Semiconductor lasers with various structures have been manufactured to meet these requirements, but in particular, buried heterostructure semiconductor lasers (BHLDs) have a structure in which both the carrier and light are completely confined in the active layer. It is known that it exhibits good characteristics suitable as a light source for optical fiber communication systems because of its low oscillation threshold current, high temperature operation capability, and isotropic output beam.

埋込みヘテロ構造半導体レーザの製造方法の1
つとして、発振波長が約1.1〜1.7μmとシリカガ
ラス系光フアイバの低損失波長領域のほぼ全域を
覆つているInGaAsP系の混晶材料を用いた装置
および製造方法が示されている(平尾、電子材
料、第18巻第12号58〜61頁、1979年12月1日発
行)。このBHLDは発振波長が1.3μmで、最低発
振閾値電流は20mAと小さく、また50℃程度の温
度まで動作可能であるなど、優れた特性を示して
いる。しかし乍ら、あとから詳しく説明するよう
に、この種のBHLDでは、逆メサエツチングを
形成する必要があり、このため埋め込まれた活性
層と周囲の半導体層との間の屈折率差に基づく高
次モードの励振を抑圧するために活性層ストライ
プ幅を1〜2μmに狭くしようとすると、活性層
が深い場合光導波路の活性層ストライプの幅の正
確性および長さ方向の直線性が損なわれる欠点が
生じた。
Method 1 of manufacturing a buried heterostructure semiconductor laser
As one example, a device and manufacturing method using an InGaAsP-based mixed crystal material, which has an oscillation wavelength of about 1.1 to 1.7 μm and covers almost the entire low-loss wavelength region of a silica glass optical fiber, has been described (Hirao et al. Electronic Materials, Vol. 18, No. 12, pp. 58-61, published December 1, 1979). This BHLD has excellent characteristics, such as an oscillation wavelength of 1.3 μm, a low minimum oscillation threshold current of 20 mA, and the ability to operate at temperatures of about 50°C. However, as will be explained in detail later, in this type of BHLD, it is necessary to form a reverse mesa etching, which requires high-order If an attempt is made to narrow the active layer stripe width to 1 to 2 μm in order to suppress mode excitation, there is a drawback that if the active layer is deep, the accuracy of the width of the active layer stripe of the optical waveguide and the linearity in the length direction will be impaired. occured.

したがつて本発明の目的は従来のBHLDの製
造上における困難さを改善しようとするものであ
る。
It is therefore an object of the present invention to alleviate the difficulties in manufacturing conventional BHLDs.

本発明は上記の欠点をなくすために逆メサエツ
チングの形成を行わないような半導体レーザ装置
の製造方法を提供するにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to eliminate the above-mentioned drawbacks, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor laser device that does not require formation of reverse mesa etching.

本発明によれば、第1に、InPで構成されるn
導電型の半導体基板上に、少くともInGaAsP活
性層を含むn導電型の半導体層を積層する第1の
エピタキシヤル成長工程と、エピタキシヤル表面
側からマスクストライプを用いて少くとも前記活
性層よりも深くメサエツチングを施し帯状メサ構
造を形成する工程と、前記帯状メサ構造の側面を
覆つてp導電型の電流ブロツク層及びこの電流ブ
ロツク層上にn導電型の半導体層を積層する第2
のエピタキシヤル成長工程と、前記マスクストラ
イプを除去する工程と、しかる後に前記帯状メサ
構造の表面を覆つて少くとも1層のp導電型の半
導体層を形成する第3のエピタキシヤル成長工程
とを含むことを特徴とする半導体発光装置の製造
方法が得られる。
According to the present invention, firstly, n made of InP
A first epitaxial growth step of stacking an n-conductivity type semiconductor layer including at least an InGaAsP active layer on a conductivity-type semiconductor substrate, and a step of stacking an n-conductivity type semiconductor layer including at least an InGaAsP active layer on a conductivity type semiconductor substrate, and a step of stacking an n-conductivity type semiconductor layer including at least an InGaAsP active layer, using a mask stripe from the epitaxial surface side to form at least a layer larger than the active layer. a step of forming a band-like mesa structure by performing deep mesa etching, and a second step of laminating a p-conductivity type current blocking layer covering the side surfaces of the band-shaped mesa structure and an n-conductivity type semiconductor layer on the current blocking layer.
an epitaxial growth step, a step of removing the mask stripe, and a third epitaxial growth step of forming at least one p-conductivity type semiconductor layer covering the surface of the band-shaped mesa structure. There is obtained a method for manufacturing a semiconductor light emitting device characterized by comprising:

なお上記において、第1のエピタキシヤル成長
工程において、表面層が、前記活性層に積層され
前記活性層の屈折率よりも小さく前記半導体基板
の屈折率よりも大きい屈折率を有する半導体層で
ある場合、すなわち表面層が導波層である場合に
は、実用的には極めて効果的なBHLDが提供さ
れる。
Note that in the above, in the first epitaxial growth step, when the surface layer is a semiconductor layer laminated on the active layer and having a refractive index smaller than the refractive index of the active layer and larger than the refractive index of the semiconductor substrate; , that is, when the surface layer is a waveguide layer, a practically extremely effective BHLD is provided.

以上のような構成によれば、活性層ストライプ
幅を所望の幅で再現性よく形成でき、エピタキシ
ヤル最終平面を容易に平坦にできること、又p型
InGaAsP電極形成層の不純物濃度を高くするこ
とが可能となるが、只製造工程中埋込み成長工程
が2回必要となるので、ここに改善の余地があ
る。
According to the above configuration, the active layer stripe width can be formed with a desired width with good reproducibility, the final epitaxial plane can be easily flattened, and the p-type
Although it is possible to increase the impurity concentration of the InGaAsP electrode formation layer, it requires two buried growth steps during the manufacturing process, so there is room for improvement.

ここで本発明においては更に、基体の面の方位
を適当にとれば、埋込み成長工程を1回で済ます
方法を見出したのである。
In the present invention, we have further discovered a method in which the buried growth process can be completed in one step by properly oriented the surface of the substrate.

すなわち本発明の第2によれば、主面の方位が
(001)で劈開面の方位が(110)である、InP
で構成されるn導電型の半導体基板上に、n導電
型のバツフア層及びその上のInGaAsP活性層を
含む複数の半導体層を積層する第1のエピタキシ
ヤル成長工程と、エピタキシヤル表面側からマス
クストライプを用いて少くとも前記活性層よりも
深くメサエツチングを施し帯状メサ構造を形成す
る工程と、前記マスクストライプを除去する工程
と、前記帯状メサ構造の少くとも表面にはエピタ
キシヤル成長させずに少くともn導電型の半導体
層を積層した後、前記帯状メサ構造の表面を覆つ
て少くともp導電型を有する半導体層を積層させ
る第2のエピタキシヤル成長工程とを含むことを
特徴とする半導体発光装置の製造方法が得られ
る。
That is, according to the second aspect of the present invention, InP has a principal plane orientation of (001) and a cleavage plane orientation of (110).
A first epitaxial growth step in which a plurality of semiconductor layers including an n-conductivity buffer layer and an InGaAsP active layer thereon are laminated on an n-conductivity type semiconductor substrate composed of forming a band-like mesa structure by performing mesa etching at least deeper than the active layer using a stripe; removing the mask stripe; A second epitaxial growth step of laminating semiconductor layers both of n-conductivity type and then laminating a semiconductor layer of at least p-conductivity type to cover the surface of the band-shaped mesa structure. A method for manufacturing the device is obtained.

なお上記において、第1のエピタキシヤル成長
工程において、表面層が、前記活性層に積層され
前記活性層の屈折率よりも小さく前記半導体基板
の屈折率よりも大きい屈折率を有する半導体層で
ある場合、すなわち表面層が導波層である場合、
実用的には極めて効果的なBHLDが提供される。
Note that in the above, in the first epitaxial growth step, when the surface layer is a semiconductor layer laminated on the active layer and having a refractive index smaller than the refractive index of the active layer and larger than the refractive index of the semiconductor substrate; , that is, when the surface layer is a waveguide layer,
In practice, a highly effective BHLD is provided.

上記の製造方法によれば、第1の発明にプラス
して更に埋込み成長を1回で済ますことができる
ので、極めて優れたBHLDを提供することにな
る。
According to the above manufacturing method, in addition to the first invention, the buried growth can be performed only once, so that an extremely excellent BHLD can be provided.

次に図面を参照して詳細に説明する。 Next, a detailed description will be given with reference to the drawings.

第1図は従来の製造方法によるBHLDの斜視
図を示したものである。この図は先に示した平尾
らによる従来装置の構成をあらわしたもので、1
は主面が(001)であるn型InP基板、2はn型
バツフア層、3はInGaAsP活性層、4はp型InP
クラツド層、5はp型InGaAsPキヤツプ層、6
はp型InGaAsP層、7はn型InP電流閉込め層、
8はn型InGaAsP層、9はSiO2膜層、10はp
側のオーミツク性電極、10aはn側のオーミツ
ク電極層をそれぞれ示している。なおこの装置の
劈開面(図の左手前)の面方位は(110)となつ
ている。このBHLDは発振波長1.3μm、最低発振
閾値電流は20mAと小さく、50℃程度の温度まで
の動作可能であり、優れた特性を示している。
FIG. 1 shows a perspective view of a BHLD produced by a conventional manufacturing method. This figure shows the configuration of the conventional device by Hirao et al. shown earlier.
is an n-type InP substrate whose main surface is (001), 2 is an n-type buffer layer, 3 is an InGaAsP active layer, and 4 is a p-type InP
Cladding layer, 5 is p-type InGaAsP cap layer, 6
is a p-type InGaAsP layer, 7 is an n-type InP current confinement layer,
8 is an n-type InGaAsP layer, 9 is a SiO 2 film layer, 10 is a p-type
The side ohmic electrode and 10a indicate the n-side ohmic electrode layer, respectively. The orientation of the cleavage plane (front left in the figure) of this device is (110). This BHLD has an oscillation wavelength of 1.3 μm, a minimum oscillation threshold current of 20 mA, and can operate at temperatures of about 50°C, showing excellent characteristics.

しかしながらBHLDでは一般に埋め込まれた
活性層3と周囲のバツフア層2やクラツド層4な
どとの間の屈折率差が大きいため、高次横モード
を励振し易い。この高次横モードの発生を抑える
ため、先にも述べたように活性層3のストライプ
幅を1〜2μmにして高次横モードをカツト・オ
フにする必要がある。平尾らは特殊な逆メサエツ
チング処理により活性層幅が1〜2μmの
InGaAsP・BHLDを作製しているが、活性層3
がエツチング表面から数μm以上深い場合、メサ
エツチングを施して、光導波路でもある活性層の
ストライプ幅を正確に決定すること、又光の導波
損失を減少させるため活性層ストライプの直線性
を良好にすることはいずれも極めて難しい。
However, in BHLD, there is generally a large difference in refractive index between the buried active layer 3 and the surrounding buffer layer 2, cladding layer 4, etc., and therefore high-order transverse modes are likely to be excited. In order to suppress the occurrence of this higher-order transverse mode, it is necessary to cut off the higher-order transverse mode by setting the stripe width of the active layer 3 to 1 to 2 μm, as described above. Hirao et al. used a special reverse mesa etching process to create an active layer with a width of 1 to 2 μm.
I am making InGaAsP BHLD, but the active layer 3
If the etching depth is several μm or more from the etched surface, mesa etching should be performed to accurately determine the stripe width of the active layer, which is also an optical waveguide, and to improve the linearity of the active layer stripe to reduce optical waveguide loss. Both are extremely difficult to do.

また、InGaAsP系の半導体レーザでは発振閾
値電流の温度特性が悪いため、InGaAsP・
BHLDでもp型InP電流ブロツキング層6を導入
して、温度特性を改善している。このp型InP電
流ブロツキング層6は、埋込み成長の際にブロツ
キング層表面が活性層とほぼ一致するようにエピ
タキシヤル成長する必要があるが、メサ形状の側
面部に積層させる特殊なエピタキシヤル成長であ
るため成長膜厚の制御が難しい。
In addition, InGaAsP-based semiconductor lasers have poor temperature characteristics of the oscillation threshold current.
BHLD also introduces a p-type InP current blocking layer 6 to improve temperature characteristics. This p-type InP current blocking layer 6 needs to be epitaxially grown so that the surface of the blocking layer almost coincides with the active layer during buried growth, but a special epitaxial growth method is used to stack it on the side surface of the mesa shape. Therefore, it is difficult to control the thickness of the grown film.

以上のようにBHLDは光フアイバ通信システ
ムに適した光源であるが作製が難しいのが欠点と
なつていた。
As described above, BHLD is a light source suitable for optical fiber communication systems, but its drawback is that it is difficult to fabricate.

次に本発明につき説明するが、その前に材料に
つき簡単に説明すると、InGaAsP系の材料は、
AlGaAs系材料ではAlが酸化され易いのに比べ、
In、Ga、As、Pとも酸化されにくく、エピタキ
シヤル再成長時に酸化物、若しくは酸化膜による
表面の“濡れ”の悪さといつたことが少い。埋込
み成長、選択エピタキシヤル成長といつたことが
比較的容易にでき、埋込みヘテロ構造の半導体レ
ーザの製造に於ても埋込み再エピタキシヤル成長
工程が製作の歩留まりを悪化させる要因ではなく
なつている。従つて本発明では、まず第1に2回
の埋込み成長を採用することによつてBHLDの
製造の歩留りを向上させるものである。
Next, we will explain the present invention, but before that, we will briefly explain the materials. InGaAsP-based materials are:
Compared to AlGaAs-based materials, Al is easily oxidized.
In, Ga, As, and P are not easily oxidized, and there are few cases of poor surface "wetting" caused by oxides or oxide films during epitaxial regrowth. Buried growth and selective epitaxial growth can be performed relatively easily, and even in the manufacture of buried heterostructure semiconductor lasers, the buried re-epitaxial growth process is no longer a factor that deteriorates the manufacturing yield. Therefore, the present invention improves the manufacturing yield of BHLD by first employing two buried growths.

第2図は本発明の製造法によるInGaAsP/
InP・BHLDの構成の一例を示すものである。こ
の第2図における構成要素で第1図におけると同
じものには第1図の参照数字に10加えたものを使
用している。第1図に示す従来のBHLDに比べ、
p型InPクラツド層14、及びp型InGaAsPキヤ
ツプ層15を逆メサ状にエツチングする必要がな
く、又、エピタキシヤル表面は、第1図の
BHLDに比べ平坦にすることができる。
Figure 2 shows InGaAsP/
This shows an example of the configuration of InP/BHLD. For components in FIG. 2 that are the same as in FIG. 1, the reference numerals in FIG. 1 plus 10 are used. Compared to the conventional BHLD shown in Figure 1,
There is no need to etch the p-type InP cladding layer 14 and the p-type InGaAsP cap layer 15 into an inverted mesa shape, and the epitaxial surface is similar to that shown in FIG.
It can be made flatter compared to BHLD.

第3図は上記のInGaAsP・BHLDの製造法を
説明する図をあらわしており、第3図aは、面方
位(001)のn型InP基板(Snドープ)11に、
n型InPバツフア層12(Teドープ、厚さ約3μ
m)及びInGaAsP活性層13(ノンドープ、厚
さ約0.2μm)を、カーボンスライドボードを用い
た通常の液相エピタキシヤル成長法(LPE)に
より積層させた状態を示している。活性層13の
成長温度は630℃、冷却速度は0.7℃/mmである。
活性層InGaAsPの組成は発光波長が1.3μmとな
るように調節してあり、InP基板11との格子整
合はΔa/a0.1%である。次に、CVD法により
SiO2膜を約3000Åの厚さでエピタキシヤル成長
表面に積層させた後、通常のフオトリソグラフイ
の手法により幅1〜2μmのSiO2ストライプ21
を形成する。その後Br−メチルアルコールを用
いて約1μmの深さにメサエツチングする。この
状態が第3図bである。
FIG. 3 shows a diagram explaining the manufacturing method of the above-mentioned InGaAsP BHLD, and FIG.
N-type InP buffer layer 12 (Te doped, approximately 3μ thick)
The figure shows a state in which an InGaAsP active layer 13 (non-doped, approximately 0.2 μm thick) is laminated by ordinary liquid phase epitaxial growth (LPE) using a carbon slide board. The growth temperature of the active layer 13 is 630°C, and the cooling rate is 0.7°C/mm.
The composition of the active layer InGaAsP is adjusted so that the emission wavelength is 1.3 μm, and the lattice matching with the InP substrate 11 is Δa/a0.1%. Next, by CVD method
After depositing a SiO 2 film with a thickness of approximately 3000 Å on the epitaxial growth surface, SiO 2 stripes 21 with a width of 1 to 2 μm are formed using a conventional photolithography method.
form. Thereafter, mesa etching is performed to a depth of approximately 1 μm using Br-methyl alcohol. This state is shown in FIG. 3b.

次に、第1回目の埋込み成長を行う。埋込み成
長に際しては、基板表面の熱エツチングを避ける
ために、H2雰囲気中にPH3ガスを約100ppm導入
し、基板表面のInPの熱分解を抑えて、液相エピ
タキシヤル成長を行なつた。第1回目の埋込み成
長では、p型InP電流ブロツク層16(Znドー
プ、活性層付近での厚さ約1μm)とn型InP電流
閉込め層17(Snドープ、活性層付近での厚さ
0.5μm)を順次積層させる。SiO2ストライプ21
がマスクとなつているため、活性層の上には、p
型InP層16、及びn型InP層17は成長しない。
又p型InP層16はメサ部側面を完全に覆つて成
長し、n型InP層17は、活性層13よりも盛り
上つて成長する。この状態が第3図cである。
Next, the first buried growth is performed. During buried growth, in order to avoid thermal etching of the substrate surface, approximately 100 ppm of PH 3 gas was introduced into the H 2 atmosphere to suppress thermal decomposition of InP on the substrate surface, and liquid phase epitaxial growth was performed. In the first buried growth, a p-type InP current blocking layer 16 (Zn-doped, about 1 μm thick near the active layer) and an n-type InP current confinement layer 17 (Sn-doped, about 1 μm thick near the active layer) were formed.
0.5 μm) are sequentially laminated. SiO 2 stripe 21
acts as a mask, so p
The type InP layer 16 and the n-type InP layer 17 do not grow.
Further, the p-type InP layer 16 grows to completely cover the side surfaces of the mesa portion, and the n-type InP layer 17 grows to be higher than the active layer 13. This state is shown in FIG. 3c.

次に第2回目の埋込み成長を行う前に、SiO2
ストライプ21をHFとNH4Fの混合緩衝液を用
いて除去する。第2回目の埋込み成長もPH3ガス
を導入して液相エピタキシヤル成長を行い、p型
InPクラツド層14(Znドープ、活性層上で厚さ
約2μm)とp型InGaAsPキヤツプ層15(Znド
ープ、厚さ約0.5μm)を積層する。この2層の埋
込み成長によりエピタキシヤル成長表面は完全に
平滑化される。以上の状態が第3図dである。こ
れ以後は、通常の電極形成処理をする。即ち第3
図に示すp側オーミツク性電極20としてAu−
Znを又n側オーミツク性電極20aとしてAu−
SnをそれぞれH2雰囲気中で熱処理合金化させて
電極とする。
Next, before performing the second buried growth, SiO 2
Stripe 21 is removed using a mixed buffer of HF and NH 4 F. In the second buried growth, PH3 gas was introduced and liquid phase epitaxial growth was performed to form a p-type
An InP cladding layer 14 (Zn doped, about 2 μm thick on the active layer) and a p-type InGaAsP cap layer 15 (Zn doped, about 0.5 μm thick) are laminated. The buried growth of these two layers completely smoothes the epitaxial growth surface. The above state is shown in FIG. 3d. After this, normal electrode formation processing is performed. That is, the third
As the p-side ohmic electrode 20 shown in the figure, Au-
Zn and Au- as the n-side ohmic electrode 20a.
Sn is heat-treated and alloyed in an H 2 atmosphere to form an electrode.

以上のプロセスにおいて、活性層ストライプ幅
はSiO2ストライプ21の幅によつて完全に決定
され而も再現性がよく、また最近、超LSIなど高
密度集積回路の作製技術が一段と進歩しており、
幅1〜2μm程度の直線ストライプを形成するこ
とは比較的容易であり、このInGaAsPのBHLD
の活性層のメサエツチングでも幅1〜2μmの良
好な直線ストライプを得ることができる。またp
型InPブロツキング層16の成長に際し、p型
InP膜はメサ部の側面部を覆う形状でエピタキシ
ヤル成長し易いため、p型InPブロツキング層1
6の表面を活性層の表面に連続させることが容易
である。
In the above process, the active layer stripe width is completely determined by the width of the SiO 2 stripe 21 and has good reproducibility, and recently, the manufacturing technology of high-density integrated circuits such as VLSI has progressed further.
It is relatively easy to form linear stripes with a width of about 1 to 2 μm, and this InGaAsP BHLD
Even by mesa-etching the active layer, good linear stripes with a width of 1 to 2 μm can be obtained. Also p
When growing the InP type blocking layer 16, the p-type
Since the InP film covers the side surfaces of the mesa part and is easy to grow epitaxially, the p-type InP blocking layer 1
It is easy to make the surface of No. 6 continuous with the surface of the active layer.

第1図に示すBHLDを作製する場合には、埋
込み層8とp型InGaAsPキヤツプ層5との表面
を滑らかに接続させる厚さで埋込み成長を行う必
要があるが、第3図のプロセスでは表面はp型
InGaAsPキヤツプ層15のみであり、表面を容
易に平滑化することができる。またp型
InGaAsPキヤツプ層15は、オーミツク性電極
を形成し易くさせるための層であるが、第1図に
示すBHLDの作製法と異なり、このp型
InGaAsPキヤツプ層15が長い時間高温に保持
されることがないため、ドープされた不純物Zn
の拡散といつたことが少いために不純物濃度を高
くすることができ、特に表面からZn拡散を行う
といつた処理をせずとも容易にオーミツク性電極
を形成することが可能である。
When fabricating the BHLD shown in FIG. 1, it is necessary to perform buried layer 8 and p-type InGaAsP cap layer 5 to a thickness that allows smooth connection between their surfaces, but in the process shown in FIG. is p-type
Since there is only an InGaAsP cap layer 15, the surface can be easily smoothed. Also p type
The InGaAsP cap layer 15 is a layer to facilitate the formation of an ohmic electrode, but unlike the BHLD manufacturing method shown in FIG.
Since the InGaAsP cap layer 15 is not kept at high temperature for a long time, the doped impurity Zn
Since there is little diffusion of Zn, the impurity concentration can be increased, and in particular, if Zn is diffused from the surface, it is possible to easily form an ohmic electrode without any other treatment.

第4図は本発明の製造法によるBHLDの第2
の実施例を示すものである。第2の実施例では、
第1の実施例に加えて、活性層13の上に光導波
層22を積層させた構造をしており、他はすべて
第1の実施例の場合と同じである。光導波層22
は、活性層13の屈折率よりも小さく、周囲の
InPの屈折率よりも大きな屈折率を有する
InGaAsP半導体膜である。活性層13の厚さを
0.05μm程度に薄く、光導波層22の厚さを0.3μ
m程度にすることにより、光はほぼ光導波層22
内に分布して導波される。従つて、活性層の実効
的な屈折率は小さくなり、周囲のInPとの間の屈
折率差も小さくなるため、基本横モード発振させ
るための活性層ストライプ幅を若干広くすること
ができ製造が容易になる。又、第4図のBHLD
の作製に於ては第2図に示すBHLDを作製する
場合に比べ、製造工程中において、キヤリアの発
光再結合を行う活性層の表面を雰囲気に曝すこと
がないため、欠陥の導入といつたことを軽減でき
る特徴を有している。
Figure 4 shows the second BHLD produced by the manufacturing method of the present invention.
This is an example of the following. In the second example,
In addition to the first embodiment, it has a structure in which an optical waveguide layer 22 is laminated on the active layer 13, and everything else is the same as in the first embodiment. Optical waveguide layer 22
is smaller than the refractive index of the active layer 13, and the surrounding
Has a refractive index greater than that of InP
It is an InGaAsP semiconductor film. The thickness of the active layer 13
The thickness of the optical waveguide layer 22 is 0.3μ.
By making it about m, the light almost reaches the optical waveguide layer 22.
The waves are distributed within and guided. Therefore, the effective refractive index of the active layer becomes smaller, and the difference in refractive index between it and the surrounding InP becomes smaller, so the stripe width of the active layer for fundamental transverse mode oscillation can be made slightly wider, making manufacturing easier. becomes easier. Also, BHLD in Figure 4
Compared to the case of fabricating the BHLD shown in Figure 2, in the fabrication of BHLD, the surface of the active layer where carriers undergo radiative recombination is not exposed to the atmosphere during the fabrication process, so there is less risk of introducing defects. It has characteristics that can reduce this.

以上2つの実施例においては、いずれもそれな
りの特徴を有しているが、その工程順から分るよ
うに、又はじめに簡単に触れておいたが、いずれ
も埋込み成長工程が2回あり、このため製作工程
が複雑になる欠点を残している。次にこれを解決
する製造工程について説明するが、実施例を述べ
る前に、面方位(001)のInP基板にInP膜をエピ
タキシヤル成長させる場合のLPE成長について
簡単に説明する。
The above two examples each have their own characteristics, but as can be seen from the order of the steps, and as briefly mentioned at the beginning, they each have two buried growth steps. This leaves the drawback that the manufacturing process is complicated. Next, a manufacturing process to solve this problem will be described, but before describing an example, a brief explanation will be given of LPE growth when an InP film is epitaxially grown on an InP substrate with a plane orientation of (001).

第5図は、面方位(001)のInP基板に高さ約
1.5μmのマスクストライプを形成した上にInPを
エピタキシヤル成長させる場合の様子を面方位
(110)の劈開面(紙面)で示した図である。
LPE成長は、4gのInに60mgのInPを650℃で1
時間溶かし込んだ後0.7℃/minの冷却速度で温
度降下させ、630℃で基板と溶液を接触させ所定
時間エピタキシヤル成長させた。成長は溶液中に
InP結晶が溶解し切れずに浮かんでいる、いわゆ
る二相溶液法である。又、成長基板の熱エツチン
グを防止するために、H2雰囲気中に100ppmの濃
度でPH3ガスを導入している。この場合第5図に
示すように、マスクストライプの幅が変化すると
エピタキシヤル成長の様子が異なつてくる。スト
ライプ幅が50μmと比較的広い場合には、マスク
ストライプの周辺部及び上部の何れにも、成長時
間の長短に拘らずにエピタキシヤル成長する。し
かしながらストライプ幅が2μmと比較的狭い場
合には、成長時間が短いとマスクストライプの上
部にはエピタキシヤル成長しない。成長時間を長
くして、マスクストライプの周辺部のInPエピタ
キシヤル膜の厚さがマスクストライプの高さを十
分に越える厚さになつた時に始めてマスクストラ
イプの上部が覆われ、マスクストライプ上部の凹
を埋め込むようにしてエピタキシヤル成長がおき
る。
Figure 5 shows an InP substrate with plane orientation (001) at a height of approximately
FIG. 3 is a diagram showing a case where InP is epitaxially grown on a 1.5 μm mask stripe formed using a cleavage plane (paper surface) with a plane orientation of (110).
For LPE growth, 60 mg of InP was added to 4 g of In at 650°C.
After being dissolved for a certain period of time, the temperature was lowered at a cooling rate of 0.7°C/min, and the substrate and solution were brought into contact with each other at 630°C to allow epitaxial growth for a predetermined period of time. growth in solution
This is a so-called two-phase solution method in which the InP crystals are not completely dissolved but float. Furthermore, in order to prevent thermal etching of the growth substrate, PH 3 gas is introduced into the H 2 atmosphere at a concentration of 100 ppm. In this case, as shown in FIG. 5, when the width of the mask stripe changes, the epitaxial growth pattern changes. When the stripe width is relatively wide, such as 50 μm, epitaxial growth occurs both at the periphery and above the mask stripe, regardless of the length of the growth time. However, if the stripe width is relatively narrow, such as 2 μm, epitaxial growth will not occur on the top of the mask stripe if the growth time is short. Only when the growth time is increased and the thickness of the InP epitaxial film at the periphery of the mask stripe becomes thick enough to exceed the height of the mask stripe will the top of the mask stripe be covered and the recess at the top of the mask stripe be formed. Epitaxial growth occurs as if embedding.

以上のように、狭いストライプ幅のメサ形状を
埋め込む場合に、劈開面の面方向を(110)に
とれば、マスクストライプの上部にはエピタキシ
ヤル成長させずに、マスクストライプ周辺部及び
側面部にのみInP膜のエピタキシヤル成長させる
ことが可能であり、本実施例ではこのようなエピ
タキシヤル成長技術を用いることにより、第1又
は第2の実施例におけるような2回の埋込み成長
の工程を施さずに、ただ1回の埋込み成長の工程
で済ますことが可能となつたものである。なおい
うまでもないことであるが、劈開面の面方位を
(110)にとつても、第1又は第2の実施例の
ようにSiO2ストライプ21を設け埋込成長を2
回に分けてもよい。
As described above, when embedding a mesa shape with a narrow stripe width, if the plane direction of the cleavage plane is (110), epitaxial growth will not occur on the upper part of the mask stripe, but will grow on the periphery and side surface of the mask stripe. In this example, by using such an epitaxial growth technique, it is possible to epitaxially grow an InP film without performing the two buried growth steps as in the first or second example. This makes it possible to complete the process with just one buried growth process. Needless to say, even if the cleavage plane has a (110) orientation, the SiO 2 stripes 21 are provided and the buried growth is performed 2 times as in the first or second embodiment.
It may be divided into times.

第6図は本発明の製造法によるIn1-xGaxAs1-y
Py/InP・BHLDの第3の実施例を示すものであ
る。この場合劈開面の面方位は(110)に選ん
である。面方位(001)の基板31の上にはn型
バツフア層32、InGaAsP活性層33が形成さ
れ、この活性層33はストライプ幅が1.5μm程度
でメサエツチングされた後、p型のInP電流クラ
ツド層34、p型InP電流閉込めブロツク層3
6、およびn型のInP電流閉込め層37で取り囲
まれた形状をしている。又エピタキシヤル最終層
としてはp型のIn1-xGaxAs1-yPy電極形成層35
を積層させており、Au−Znを用いたオーミツク
性電極38の電極抵抗を小さくさせている。n型
InP基板側にはAu−Snを用いて、n側オーミツ
ク性電極39を形成している。
Figure 6 shows In 1-x Ga x As 1-y produced by the production method of the present invention.
This shows a third example of P y /InP·BHLD. In this case, the plane orientation of the cleavage plane is selected to be (110). An n-type buffer layer 32 and an InGaAsP active layer 33 are formed on a substrate 31 with a plane orientation (001), and after this active layer 33 is mesa-etched with a stripe width of about 1.5 μm, a p-type InP current cladding layer is formed. 34, p-type InP current confinement blocking layer 3
6 and an n-type InP current confinement layer 37. Also, as the epitaxial final layer, a p-type In 1-x Ga x As 1-y P y electrode forming layer 35 is used.
are laminated to reduce the electrode resistance of the ohmic electrode 38 using Au--Zn. n-type
On the InP substrate side, an n-side ohmic electrode 39 is formed using Au-Sn.

第7図は上記のIn1-xGaxAs1-yPy/InPの
BHLDの製造法を示す図である。第7図aはn
型InP基板31(Snドープ、面方位(001))に、
n型InPバツフア層32(Teドープ、厚さ約3μ
m)及びIn1-xGaxAs1-yPy活性層33(ノンドー
プ、厚さ約0.2μm)をカーボンスライドボードを
用いた通常の液相エピタキシヤル成長法により積
層させた状態を示している。活性層33の成長温
度は630℃、冷却速度は0.7℃/mmである。活性層
In1-xGaxAs1-yPy33の組成は発光波長が1.3μm
となるように調節しており、InP基板との格子整
合はΔa/a0.1%である。次に通常のフオトリ
ソグラフイの手法により、幅1〜2μmのフオト
レジストのストライプ41を形成した後、これを
マスクとしてBr−メチルアルコールを用いて約
1μmの深さにメサエツチングする。この状態が
第7図bである。
Figure 7 shows the above In 1-x Ga x As 1-y P y /InP.
FIG. 3 is a diagram showing a method for manufacturing BHLD. Figure 7 a is n
InP type substrate 31 (Sn doped, plane orientation (001)),
n-type InP buffer layer 32 (Te doped, approximately 3μ thick)
The figure shows a state in which the active layer 33 (non-doped, about 0.2 μm thick) and In 1-x Ga x As 1-y P y is laminated by a normal liquid phase epitaxial growth method using a carbon slide board. There is. The growth temperature of the active layer 33 is 630°C, and the cooling rate is 0.7°C/mm. active layer
The composition of In 1-x Ga x As 1-y P y 33 has an emission wavelength of 1.3 μm
The lattice matching with the InP substrate is Δa/a0.1%. Next, a photoresist stripe 41 with a width of 1 to 2 μm is formed using the usual photolithography method, and then using this as a mask, Br-methyl alcohol is used to form a stripe 41 of photoresist.
Mesa-etch to a depth of 1 μm. This state is shown in FIG. 7b.

次にストライプ41を除去し、埋込み成長を行
う。埋込み成長に際しては基板表面の熱エツチン
グを避けるために、H2雰囲気中にPH3ガスを約
100ppm導入した。埋込み成長では、In4gに
InP60mgを650℃で1時間溶かし込んだ後、冷却
速度0.7℃/mmで温度降下させ、630℃から、順
次、p型InPブロツク層36(Znドープ、厚さ約
0.5μm)、n型InP電流閉じ込め層37(Teドー
プ、厚さ約1μm)およびp型InPクラツド層34
(Znドープ、厚さ約4μm)を順次エピタキシヤル
成長させる。上記において、p型InP電流閉込め
層36、及びn型InP電流閉込め層37の成長に
際しては、メサストライプ41はすでに除去され
てはいるが、劈開面の方位が(110)に選んで
あるので、そのあとの上部にはエピタキシヤル成
長が行われない。ただこの際表面の或る程度の凹
凸を生じるのは止むを得ないが、次のp型InPク
ラツド層34を比較的厚く積層させることによ
り、ほぼ基板の凹凸を埋めつくす形状で積層す
る。最後に、p型In1-xGaxAs1-yPy電極形成層3
5(Znドープ、厚さ約0.5μm)を積層させて埋込
み成長の工程を終える。この状態が第7図cであ
る。エピタキシヤル成長工程の後は、通常の電極
形成技術により図示してないp側オーミツク性電
極、n側オーミツク性電極を形成し、劈開により
各LDチツプに切り出して、埋込みヘテロ構造の
半導体レーザの製造を終える。
Next, the stripe 41 is removed and buried growth is performed. During buried growth, approximately PH3 gas is added to the H2 atmosphere to avoid thermal etching of the substrate surface.
100ppm was introduced. In embedded growth, In4g
After melting 60 mg of InP at 650°C for 1 hour, the temperature was lowered at a cooling rate of 0.7°C/mm, and from 630°C, the p-type InP block layer 36 (Zn doped, approximately
0.5 μm), n-type InP current confinement layer 37 (Te doped, approximately 1 μm thick), and p-type InP cladding layer 34
(Zn-doped, approximately 4 μm thick) is sequentially grown epitaxially. In the above, when growing the p-type InP current confinement layer 36 and the n-type InP current confinement layer 37, although the mesa stripe 41 has already been removed, the orientation of the cleavage plane is selected to be (110). Therefore, epitaxial growth is not performed on the upper part after that. However, at this time, it is unavoidable that some level of surface unevenness occurs, but by laminating the next p-type InP cladding layer 34 relatively thickly, the layers are stacked in a shape that almost completely fills the unevenness of the substrate. Finally, p-type In 1-x Ga x As 1-y P y electrode forming layer 3
5 (Zn-doped, approximately 0.5 μm thick) is laminated to complete the buried growth process. This state is shown in FIG. 7c. After the epitaxial growth process, a p-side ohmic electrode and an n-side ohmic electrode (not shown) are formed using normal electrode formation techniques, and each LD chip is cut out by cleaving to manufacture a buried heterostructure semiconductor laser. finish.

以上のように、本実施例における埋込みヘテロ
構造半導体レーザの製造法においては、ただ1回
の埋込み成長工程で済ますことができる。
As described above, in the method for manufacturing a buried heterostructure semiconductor laser according to this embodiment, only one buried growth step is required.

第8図は本発明の製造法によるIn1-xGaxAs1-y
P/InP・BHLDの第4の実施例を示すものであ
る。この第4の実施例では、活性層43の上に光
導波層50を積層させた構造をしている。光導波
層50は、活性層43の屈折率よりも小さく、周
囲のInP(n型電流閉込め層37とp型クラツド
層34)の屈折率よりも大きな屈折率を有する
In1-xGaxAs1-yPy半導体膜である。活性層43の
厚さを0.05μm程度に薄く、光導波層50の厚さ
を0.3μm程度にすることにより、光はほぼ光導波
層50内に分布して導波される。従つて活性層の
実効的な屈折率は小さくなり、周囲のInPとの間
の屈折率差も小さくなるため、基本横モード発振
させるための活性層ストライプ幅を若干広くする
ことができ、製造が容易になる。又この方法によ
れば、キヤリアの発光再結合が行われる活性層の
表面を製造工程に於て雰囲気に曝すことがないた
め、欠陥の導入といつたことを軽減できるという
特徴がある。
Figure 8 shows In 1-x Ga x As 1-y produced by the production method of the present invention.
This shows a fourth embodiment of P/InP BHLD. This fourth embodiment has a structure in which an optical waveguide layer 50 is laminated on an active layer 43. The optical waveguide layer 50 has a refractive index smaller than that of the active layer 43 and larger than that of the surrounding InP (n-type current confinement layer 37 and p-type cladding layer 34).
It is an In 1-x Ga x As 1-y P y semiconductor film. By reducing the thickness of the active layer 43 to about 0.05 μm and the thickness of the optical waveguide layer 50 to about 0.3 μm, light is substantially distributed and guided within the optical waveguide layer 50. Therefore, the effective refractive index of the active layer becomes smaller, and the difference in refractive index between it and the surrounding InP becomes smaller, so the stripe width of the active layer for fundamental transverse mode oscillation can be made slightly wider, which makes manufacturing easier. becomes easier. Furthermore, according to this method, the surface of the active layer where the carriers undergo radiative recombination is not exposed to the atmosphere during the manufacturing process, so that the introduction of defects can be reduced.

本発明は、前記の基本的な実施例の他に、いく
つかの変形が可能である。まず半導体材料は
InGaAsP系に限らずAlxGa1-xAs系、AlxGa1-x
As1-ySbyを用いても良い。又p型InP電流ブロツ
キング層は、活性層、及び光導波層よりも屈折率
の小さなp型InGaAsP層であつても良い。又、
n型InP電流閉込め層は、伝流を閉じ込める効果
を有していれば良いので半絶縁性InP層であつて
も良い。
The present invention can be modified in several ways in addition to the basic embodiment described above. First, semiconductor materials
Not limited to InGaAsP system, Al x Ga 1-x As system, Al x Ga 1-x
As 1-y Sb y may also be used. Further, the p-type InP current blocking layer may be a p-type InGaAsP layer having a lower refractive index than the active layer and the optical waveguide layer. or,
The n-type InP current confinement layer may be a semi-insulating InP layer as long as it has the effect of confining current flow.

最後に本発明が有する特徴を列挙すると、活性
層ストライプを容易に作製できること、p型InP
ブロツキング層を容易に活性層側面の位置に成長
できること、最終成長表面が平坦であること、p
型InGaAsPキヤツプ層の不純物濃度を高くする
ことが可能で、オーミツク性電極の形成が容易で
あることなどである。而も第3、第4の実施例の
埋込み形成作業は1回で済み、それに伴なつて製
造工程が一段と簡略化される。
Finally, to enumerate the features of the present invention, active layer stripes can be easily produced, p-type InP
The blocking layer can be easily grown on the side surface of the active layer, the final growth surface is flat, p
It is possible to increase the impurity concentration of the InGaAsP cap layer, and it is easy to form an ohmic electrode. Moreover, the embedding operation in the third and fourth embodiments only needs to be performed once, thereby further simplifying the manufacturing process.

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

第1図は従来の製造方法におけるBHLDの一
例を示す斜視図、第2図は本発明の一実施例にお
けるBHLDの構成の一例を示す斜視図、第3図
は第2図の装置の製造方法をa〜dの4つの段階
に分けて説明する図、第4図は本発明の第2の実
施例におけるBHLDの構成の一例を示す斜視図、
第5図はInP基板にマスクストライプを形成した
上にエピタキシヤル成長を施した場合の状態をあ
らわした図、第6図は本発明の第3の実施例にお
けるBHLDの構成の一例を示す斜視図、第7図
は第6図の装置を形成するための各工程をa〜c
に分けて示した図、第8図は本発明による第4の
実施例におけるBHLDの一例を示した斜視図で
ある。 記号の説明:11は面方位(001)のn型InP
基板、12はn型InPバツフア層、13は
InGaAsP活性層、14はp型InPクラツド層、1
5はp型InGaAsPキヤツプ層、16はp型InP電
流ブロツク層、17はn型InP電流閉込め層、2
0はp側オーミツク電極、20aはn側オーミツ
ク電極、21はSiO2ストライプ、22は光導波
層をそれぞれあらわしている。
Fig. 1 is a perspective view showing an example of a BHLD in a conventional manufacturing method, Fig. 2 is a perspective view showing an example of the configuration of a BHLD in an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a method for manufacturing the device shown in Fig. 2. FIG. 4 is a perspective view showing an example of the configuration of BHLD in the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a state in which epitaxial growth is performed on a mask stripe formed on an InP substrate, and FIG. 6 is a perspective view showing an example of the configuration of a BHLD in the third embodiment of the present invention. , FIG. 7 shows the steps a to c for forming the device shown in FIG.
FIG. 8 is a perspective view showing an example of a BHLD in a fourth embodiment of the present invention. Symbol explanation: 11 is n-type InP with plane orientation (001)
The substrate, 12 is an n-type InP buffer layer, 13 is
InGaAsP active layer, 14 is p-type InP cladding layer, 1
5 is a p-type InGaAsP cap layer, 16 is a p-type InP current blocking layer, 17 is an n-type InP current confinement layer, 2
0 represents a p-side ohmic electrode, 20a represents an n-side ohmic electrode, 21 represents an SiO 2 stripe, and 22 represents an optical waveguide layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 InPで構成されるn導電型の半導体基板上
に、少くともInGaAsP活性層を含むn導電型の
半導体層を積層する第1のエピタキシヤル成長工
程と、エピタキシヤル表面側からマスクストライ
プを用いて少くとも前記活性層よりも深くメサエ
ツチングを施し帯状メサ構造を形成する工程と、
前記帯状メサ構造の側面を覆つてp導電型の電流
ブロツク層及びこの電流ブロツク層上にn導電型
の半導体層を前記n導電型の半導体層が前記半導
体基板と接しないように積層する第2のエピタキ
シヤル成長工程と、前記マスクストライプを除去
する工程と、しかる後に前記帯状メサ構造の表面
を覆つて少くとも1層のp導電型の半導体層を形
成する第3のエピタキシヤル成長工程とを含むこ
とを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 2 主面の方位が(001)で劈開面の方位が(1
10)である、InPで構成されるn導電型の半導
体基板上に、n導電型のバツフア層及びその上の
InGaAsP活性層を含む複数の半導体層を積層す
る第1のエピタキシヤル成長工程と、エピタキシ
ヤル表面側からマスクストライプを用いて少くと
も前記活性層よりも深くメサエツチングを施し帯
状メサ構造を形成する工程と、前記マスクストラ
イプを除去する工程と、前記帯状メサ構造の少く
とも表面にはエピタキシヤル成長させずに、前記
帯状メサ構造の側面を覆つてP導電型の電流ブロ
ツク層及びこの電流ブロツク層上にn導電型の半
導体層を前記n導電型の半導体層が前記半導体基
板と接しないように積層させた後、前記帯状メサ
構造の表面を覆つて少くともp導電型を有する半
導体層を積層させる第2のエピタキシヤル成長工
程とを含むことを特徴とする半導体発光装置の製
造方法。
[Claims] 1. A first epitaxial growth step in which an n-conductivity type semiconductor layer including at least an InGaAsP active layer is laminated on an n-conductivity type semiconductor substrate made of InP, and an epitaxial surface side forming a band-like mesa structure by performing mesa etching at least deeper than the active layer using a mask stripe;
a second layer comprising: a p-conductivity type current blocking layer covering the side surface of the band-shaped mesa structure; and an n-conductivity type semiconductor layer on the current blocking layer such that the n-conductivity type semiconductor layer does not come into contact with the semiconductor substrate. an epitaxial growth step, a step of removing the mask stripe, and a third epitaxial growth step of forming at least one p-conductivity type semiconductor layer covering the surface of the band-shaped mesa structure. A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: 2 The orientation of the principal plane is (001) and the orientation of the cleavage plane is (1
10), an n-conductivity type buffer layer and an n-conductivity type buffer layer on the n-conductivity type semiconductor substrate made of InP.
a first epitaxial growth step of stacking a plurality of semiconductor layers including an InGaAsP active layer; and a step of performing mesa etching at least deeper than the active layer using a mask stripe from the epitaxial surface side to form a band-shaped mesa structure. , removing the mask stripes, and forming a P conductivity type current blocking layer on the current blocking layer covering the side surfaces of the band-shaped mesa structure without epitaxially growing at least on the surface of the band-shaped mesa structure. After stacking an n-conductivity type semiconductor layer so that the n-conductivity type semiconductor layer does not contact the semiconductor substrate, a semiconductor layer having at least a p-conductivity type is stacked to cover the surface of the band-shaped mesa structure. 2. A method for manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising: 2. an epitaxial growth step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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