JPH02222590A - Manufacture of semiconductor laser - Google Patents

Manufacture of semiconductor laser

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JPH02222590A
JPH02222590A JP4447489A JP4447489A JPH02222590A JP H02222590 A JPH02222590 A JP H02222590A JP 4447489 A JP4447489 A JP 4447489A JP 4447489 A JP4447489 A JP 4447489A JP H02222590 A JPH02222590 A JP H02222590A
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JP
Japan
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layer
type
diffraction grating
growth
crystal
Prior art date
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Pending
Application number
JP4447489A
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Japanese (ja)
Inventor
Etsuo Noguchi
野口 悦男
Takeshi Yamada
武 山田
Hideo Sugiura
杉浦 英雄
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPH02222590A publication Critical patent/JPH02222590A/en
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Abstract

PURPOSE:To simplify a manufacture process and to obtain a semiconductor laser of this design free form the contamination of photoresist by a method wherein a distributed feedback type(DFB) and distributed reflection type(DBR) semiconductor laser is provided, where a diffraction grating inside a laser is selectively grown in crystal by irradiation with light rays. CONSTITUTION:First, the selective growth of an N-type InP is made as an InP substrate 1 is irradiated with light rays, and in succession, a non-doped GaInAsP layer 3 of an optical guide layer, a non-doped GaInAsP layer 4 of an active layer, a P-type InP layer 5, and a P-type GaInAsP electrode layer 6 are continuously grown in crystal without the irradiation with light rays. Then, a thin film of SiO2, SiN, or the like is formed on the whole face of the P-type GaInAsP 6, which is etched to form an inverted mesa-shaped laminated body. Next, a P-type InP layer 7 and an N-type InP layer 8 are grown on the part removed through etching in a buried manner for the current construction and the lateral mode control. As mentioned above, the formation of a diffraction grating is carried out through crystal growth whereby pollutants are prevented from mixing in a process.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はガラスファイバーを用いた光通信方式において
光源として使用される発光素子で、高速変調時にも単一
縦モードで発振する分布帰還形及び分布反射形半導体レ
ーザの作製方法に間する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention relates to a light emitting element used as a light source in an optical communication system using glass fiber, and is a distributed feedback type light emitting element that oscillates in a single longitudinal mode even during high speed modulation. We will discuss a method for manufacturing a distributed reflection semiconductor laser.

(従来の技術) 光通信用光源として用いられる半導体レーザには、発振
波長2発振モードが高速の変調時にも安定であることが
要求される。このような要求を満たす半導体レーザとし
ては、その内部に半導体結晶層の膜厚が周期的に変化す
る周M樽造(いわゆる回折格子)が形成されており、こ
の周期構造による屈折率の周期的変化に光の反射機能を
もたせレーザ発振を得る、いわゆる分布帰還形(以後D
FBと称する)半導体レーザ及び分布反射形(以後DB
Rと称する)半導体レーザとが知られている。
(Prior Art) A semiconductor laser used as a light source for optical communication is required to have a two-wavelength oscillation mode that is stable even during high-speed modulation. Semiconductor lasers that meet these requirements have a semiconductor crystal layer (so-called diffraction grating) in which the thickness of the semiconductor crystal layer changes periodically, and the refractive index changes periodically due to this periodic structure. The so-called distributed feedback type (hereinafter referred to as D
(hereinafter referred to as FB) semiconductor laser and distributed reflection type (hereinafter referred to as DB)
A semiconductor laser (referred to as R) is known.

(発明が解決しようとする1ia) これらDFB、DBR半導体レーザの製法は、回折格子
形成のために、(() InP又はGaAs基板上に直
接回折格子を形成するために、(0)活性層を成長した
ヘテロ構造において、活性層上の光ガイド層となる活性
層よりもバンドギャップの大きいGalnAsP層又は
GaAIAa層上に回折格子を形成するために、フォト
レジストを形成し、Arレーザ等の光源を利用して光を
干渉させて回折格子パターンをフォトレジスト上に転写
さ、せ、フォトレジストによる回折格子をマスクとして
利用し、ブロム系等のスローエッチャントによって基板
又は光ガイド層をエツチングすることにより回折格子を
形成することが行われている。その後、(イ)又は(E
l)の回折格子を形成した基板上に再び結晶成長するこ
とにより、DFB又はDBR機能をもたせたヘテロ構造
ウニへを得ていたが、この場合、回折格子を形成した基
板上に結晶成長するにあたり大きな問題点をかかえてい
た。すなわちフォトレジスト等による汚染の除去が困難
なために、回折格子上に良質な結晶成長層を得ることが
できなかった。
(1ia to be solved by the invention) The manufacturing method of these DFB and DBR semiconductor lasers involves forming (0) an active layer in order to form a diffraction grating directly on an InP or GaAs substrate. In the grown heterostructure, a photoresist is formed and a light source such as an Ar laser is used to form a diffraction grating on the GalnAsP layer or GaAIAa layer, which has a larger band gap than the active layer and serves as a light guide layer on the active layer. The diffraction grating pattern is transferred onto the photoresist by interfering with light, and the diffraction grating is used as a mask to etch the substrate or light guide layer with a slow etchant such as a bromine-based etchant. Forming a lattice is carried out. After that, (A) or (E
By growing crystals again on the substrate on which the diffraction grating was formed, a heterostructure sea urchin with a DFB or DBR function was obtained. I was facing a big problem. That is, since it is difficult to remove contamination caused by photoresist or the like, it has been impossible to obtain a high-quality crystal growth layer on the diffraction grating.

また、汚染を取り除く目的で回折格子をエツチングする
と、回折格子の凹凸の高低差が小さくなり、十分な結合
係数が得られないという欠点があった。
Furthermore, when the diffraction grating is etched for the purpose of removing contamination, the difference in height between the concave and convex portions of the diffraction grating becomes small, resulting in a disadvantage that a sufficient coupling coefficient cannot be obtained.

さらには、回折格子を形成するために結晶成長を2回に
分ける必要があり、このため汚染の混入と共に結晶成長
の煩雑さが加わり問題となっていた。
Furthermore, in order to form a diffraction grating, it is necessary to divide the crystal growth into two steps, which adds to the problem of contamination and the complexity of crystal growth.

また、回折格子をヘテロ成長構造内部に形成することが
必要であるDFBレーザにおいてはこの欠点がより顕著
である。
Moreover, this drawback is more pronounced in DFB lasers, which require the formation of a diffraction grating inside a hetero-grown structure.

本発明はこれらの欠点を解決するために提案されたもの
で、(イ) InP又はGaAs g板上に、(U)G
alnAsP又はGaAlAs光ガイド層上にArレー
ザの光照射により選択結晶成長機能を有する有機金属分
子線エピタキシー(以下MOMBBと呼ぶ)法によりI
nP層又はGaAs層を、必要とする回折格子のピッチ
により選択的に成長し、結晶成長により回折格子を形成
するものである。また、活性層を含む多層構造を一回の
結晶成長工程で得られることを可能にした。
The present invention was proposed to solve these drawbacks, and consists of (a) InP or GaAs g board, (U)G
I was deposited on the AlnAsP or GaAlAs optical guide layer by the organometallic molecular beam epitaxy (hereinafter referred to as MOMBB) method, which has a selective crystal growth function by irradiating Ar laser light.
The nP layer or the GaAs layer is selectively grown depending on the required pitch of the diffraction grating, and the diffraction grating is formed by crystal growth. Furthermore, it has become possible to obtain a multilayer structure including an active layer in a single crystal growth process.

すなわち本発明の目的は、工程が簡単化され、かつフォ
トレジストによる汚染のない半導体レーザの作製方法を
提供することにある。
That is, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor laser which has a simplified process and is free from contamination caused by photoresist.

(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するため、本発明はInP及びGaA
s層のダブルヘテロ構造を有する埋め込み形の分布帰還
形及び分布反射形の半導体レーザにおいて、前記レーザ
内の回折格子を、光照射により選択的に結晶成長させる
ことを特徴とする半導体レーザの作製方法を発明の要旨
とするものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides InP and GaA
A method for manufacturing a buried distributed feedback type and distributed reflection type semiconductor laser having an S-layer double heterostructure, the method comprising selectively growing crystals of a diffraction grating in the laser by light irradiation. This is the gist of the invention.

換言すれば、本発明はDFB及びDBR機能を有する回
折格子を結晶成長によって形成することを最も主要な特
徴とする。
In other words, the main feature of the present invention is that a diffraction grating having DFB and DBR functions is formed by crystal growth.

(作用) 本発明によれば回折格子の形成にあたり、結晶成長を阻
害する汚染の混入が全くなく、従って良質な結晶成長層
が得られる。また、回折格子の選択成長と活性層を含む
多層構造の結晶成長を途中で中断することなく連続して
結晶成長することができる作用を有する。
(Function) According to the present invention, when forming a diffraction grating, there is no contamination that inhibits crystal growth, and therefore a high-quality crystal growth layer can be obtained. It also has the effect of allowing continuous crystal growth without interrupting the selective growth of the diffraction grating and the crystal growth of the multilayer structure including the active layer.

これに比べ従来の回折格子形成にあたっては、(イ) 
InP又はGaAs基板上に、(0) Ga1nAsP
又はGaAlAs光ガイド層上に有機レジストを形成す
るフォトワークを必要とするために、汚染の混入があり
、回折格子上の結晶成長に当っては良質な結晶成長層が
得にくい、また、回折格子を形成するためのプロセス上
の工程が必要となるので、結晶成長を途中で中断し、2
回に分ける必要があり従って製造方法が煩雑となる。
In comparison, when forming a conventional diffraction grating, (a)
(0) Ga1nAsP on InP or GaAs substrate
Alternatively, since photowork is required to form an organic resist on the GaAlAs optical guide layer, contamination may occur, making it difficult to obtain a high-quality crystal growth layer when growing crystals on the diffraction grating. Since a process step is required to form the crystal, the crystal growth is interrupted midway and the second
It is necessary to divide the process into several batches, which makes the manufacturing method complicated.

(実施例) 次に本発明の実施例について説明する。なお、実施例は
一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で
、種々の変更あるいは改良を行いうろことは言うまでも
ない。
(Example) Next, an example of the present invention will be described. It should be noted that the embodiments are merely illustrative, and it goes without saying that various changes and improvements may be made without departing from the spirit of the present invention.

【実施例!〕【Example! ]

第1図(a)、 (b)、 (C)は本発明を利用して
作製した1nP/Ga1nAsP系波長1.3m!D 
F Bレーザを示すもので、(a)は平面図、(ロ)は
横断面図、(C)は光取り出し面の断面図である。
Figures 1 (a), (b), and (C) show a 1nP/Ga1nAsP system fabricated using the present invention with a wavelength of 1.3 m! D
This figure shows an FB laser, in which (a) is a plan view, (b) is a cross-sectional view, and (c) is a cross-sectional view of the light extraction surface.

上記の素子を作製するには、第6図に示す半導体薄膜形
成装置を用いる。
To fabricate the above element, a semiconductor thin film forming apparatus shown in FIG. 6 is used.

図において、31はMOMBE装置本体、32はレーザ
源、33はミラー、レンズ、回折格子等の光学素子、3
4は除震台、35は光入射窓、36は原料供給用ライン
、37は真空排気系、38は基板である0MOMBE装
置本体31及びレーザ32.光学素子33は除震台34
上に固定されており、振動等により互いの位置関係がず
れないようになっている。光入射窓35はMOMBB装
置内の基Fi38に対向して開いており、半導体薄膜成
長中にレーザ光の照射を可能としている。真空排気系3
7は拡散ポンプを用いることによりMOMBB装置で発
生する振動を無くすことができる、原料供給用ライン3
6等、除震台外部と接続している部分はフレキシブルな
ものを用いることにより、外部で発生する振動を除震台
上に伝達しないようにすることができる。
In the figure, 31 is the main body of the MOMBE device, 32 is a laser source, 33 is an optical element such as a mirror, lens, diffraction grating, etc.
4 is a vibration isolation table, 35 is a light entrance window, 36 is a raw material supply line, 37 is a vacuum exhaust system, 38 is a substrate, 0MOMBE apparatus body 31, and a laser 32. The optical element 33 is a vibration isolation table 34
They are fixed at the top to prevent their positional relationship from shifting due to vibration or the like. The light entrance window 35 is open to face the base Fi 38 in the MOMBB apparatus, and allows laser light irradiation during the growth of the semiconductor thin film. Vacuum exhaust system 3
7 is a raw material supply line 3 that can eliminate vibrations generated in the MOMBB device by using a diffusion pump.
By using a flexible part such as 6, which is connected to the outside of the vibration isolation table, it is possible to prevent vibrations generated outside from being transmitted to the vibration isolation table.

例えば、微小に絞ったレーザービームを基板38に照射
する場合など、レンズにより絞られたビームの最も細い
部分(焦点)における直径はレンズの焦点距離に比例す
る。そのため、できるだけ焦点距離の短いレンズを用い
ることが好ましく、光入射窓35と基板38は可能な限
り近づけることが望ましい。
For example, when the substrate 38 is irradiated with a laser beam that has been narrowed down to a minute extent, the diameter of the beam at its narrowest point (focal point) that has been narrowed down by a lens is proportional to the focal length of the lens. Therefore, it is preferable to use a lens with a focal length as short as possible, and it is desirable to place the light entrance window 35 and the substrate 38 as close as possible.

このような構造になっているため、ミラーやレンズ、マ
スクなどを除震台上で組み合わせることにより、微小な
パターンをMOMBE装置内の基板上に照射することが
可能であり、またミラーやレンズを除震台上で移動させ
ることによりレンズで絞った微小なレーザービームを基
板上で走査することも可能である。さらにレーザ光の可
干渉性を利用し、各種のミラー、回折格子を用いること
により、回折パターンや干渉パターンを基板上に投影す
ることが可能である。そのため従来技術では不可能であ
ったミクロンオーダーのパターンを有する半導体薄膜が
成長可能である。
With this structure, by combining mirrors, lenses, masks, etc. on the vibration isolation table, it is possible to irradiate a minute pattern onto the substrate inside the MOMBE device, and it is also possible to irradiate the substrate inside the MOMBE device. It is also possible to scan the substrate with a minute laser beam focused by a lens by moving it on a vibration isolation table. Furthermore, by utilizing the coherence of laser light and using various mirrors and diffraction gratings, it is possible to project a diffraction pattern or an interference pattern onto a substrate. Therefore, it is possible to grow a semiconductor thin film having a pattern on the micron order, which was impossible with conventional techniques.

InP層の選択成長には光源としてArレーザ、発振波
長514.Snm、  光出力2Wを用い2光束法によ
りArレーザをチェンバ内の基板上に干渉させ、周期4
40n■のInP回折格子が形成できるように調整した
。原料ソースとしてトリエチルガリウム(TEG)、ア
ルシン(八5os)、トリエチルガリウム(TM I 
) 、フォスフイン(Pus)等のガスを用いマスフロ
ーコントローラを用いて供給した。ドーパントしてn形
はテトラエチルSnあるいは硫化水素(his)、  
p形はジメチルジンク(DMZn)を使用し、同様にマ
スフローコントローラを用いて供給した。
For the selective growth of the InP layer, an Ar laser is used as a light source with an oscillation wavelength of 514. Snm, an Ar laser is interfered with the substrate in the chamber by the two-beam method using an optical output of 2 W, and the period is 4.
Adjustments were made so that a 40n InP diffraction grating could be formed. As raw material sources, triethyl gallium (TEG), arsine (85os), triethyl gallium (TM I
), phosphine (Pus), and the like were supplied using a mass flow controller. The n-type dopant is tetraethyl Sn or hydrogen sulfide (his),
For the p-type, dimethyl zinc (DMZn) was used and similarly supplied using a mass flow controller.

第1図に示す素子を作製するに当って、成長は最初にI
nP基板l上に光照射を行いながらn形1nPの選択成
長2を行い、続いて光ガイド層としてノンドープGaI
nAsP層(λ−1,In)3.ノンドープ活性層のG
alnAsP層(λ−1,31All) 4 、 9形
1nP層5.p形GafnAsP電極層(λ=1.In
)6は光照射をしないで連続して結晶成長を行った。そ
の後、高周波2極スパツタ法又はCVD法等によりSi
n、もしくはSiN等の薄膜を前記p形Ga1nA3P
 6の全表面に形成した後、フォトエッチ技術により<
110>方向にそってストライプ状に輻4〜5μで形成
した後、このSiO□薄膜もしくはSiNストライプ薄
膜をマスクとして利用し、ブロムメタノール4%溶液に
より、6.5.4.3.2の各層を基板1に達するまで
エツチングして逆メサ状の積層体を形成する0次に埋め
込み成長として液相成長法(LPE)でエツチングによ
り取り除いた部分にp形1nP層7、及びn形1nP層
8の電流挟挿用及び横モード制御のための埋め込み成長
を行った。
In producing the device shown in FIG.
Selective growth 2 of n-type 1nP is performed while irradiating light onto the nP substrate 1, and then non-doped GaI is grown as a light guide layer.
nAsP layer (λ-1, In)3. G of non-doped active layer
alnAsP layer (λ-1, 31All) 4, 9 type 1nP layer 5. p-type GafnAsP electrode layer (λ=1.In
) 6, crystal growth was performed continuously without light irradiation. After that, Si
The p-type Ga1nA3P or a thin film of SiN, etc.
After forming on the entire surface of 6, photoetching technology is used to
After forming stripes along the 110> direction with a radius of 4 to 5μ, each layer of 6.5.4.3.2 was formed using a 4% bromethanol solution using this SiO□ thin film or SiN stripe thin film as a mask. A p-type 1nP layer 7 and an n-type 1nP layer 8 are etched until they reach the substrate 1 to form an inverted mesa-shaped stacked layer.A p-type 1nP layer 7 and an n-type 1nP layer 8 are formed in the portions removed by etching using liquid phase epitaxy (LPE) as zero-order buried growth. Embedded growth was performed for current interpolation and transverse mode control.

このようにして得られたウェハの上面にはAu −Zn
を蒸着してp形オーミック電極10をフォトエツチング
技術を用いて活性層の上部近辺のみに幅2゜nで形成し
、また基板側には全体の厚さが80n程度になるまで@
磨したのちAu −Ge−Niを蒸着し、n形オーミッ
ク電極9を全面に形成した。このよにして得られた素子
の各層の構成は第1図の状態において次の通りであり、
各結晶層はInPの格子定数に合致している。
On the upper surface of the wafer obtained in this way, Au-Zn
A p-type ohmic electrode 10 is formed with a width of 2°n only near the top of the active layer using photoetching technology, and a p-type ohmic electrode 10 with a width of 2°n is formed on the substrate side until the total thickness is about 80nm.
After polishing, Au-Ge-Ni was deposited to form an n-type ohmic electrode 9 on the entire surface. The structure of each layer of the device thus obtained is as follows in the state shown in FIG.
Each crystal layer matches the lattice constant of InP.

1:Snドープn形1nP基板、厚さSon、キャリア
密度3 XIO”cm−”+ E P 05 X10’
cs+−”2:n形1nP選択成長層、厚さ0.1n+
 キャリア密度5 X10”cm−’ 3!ノンド一プGa1nAsP光ガイド層、厚さO,1
5n。
1: Sn-doped n-type 1nP substrate, thickness Son, carrier density 3 XIO"cm-"+E P 05 X10'
cs+-”2: n-type 1nP selective growth layer, thickness 0.1n+
Carrier density 5 x 10"cm-' 3! Non-doped Ga1nAsP optical guide layer, thickness O,1
5n.

キャリア密度I XIO”cm−” 4:ノンドープGa1nAsP活性層、厚さ0.1B、
キャリア密度I X 10’ ? C−2,活性層幅1
.8n5:P形1nP結晶層、厚さ1.5n+ キャリ
ア密度5X10’1cm−” 6:P形Ga1nAsP電極層、厚さ0.’In、キャ
リア密度2 XIO”cm−” 7:P形1nP電流挟挿層、厚さ′:1.511111
 Znドープ、キャリア密度I Xl01′cm弓8:
n形InP電流挟挿層、厚さ!1.5n+Snドープ、
キャリア密度I XIO”c−” 二の素子を素子長3oon、幅400n一定のペレット
に分割して、AuSnハンダによすSlヒートシンク上
にマウントし、光出射面に反射率〜1%のAR膜11を
形成した後、光出力特性を測定したところ25℃連続動
作において、電流注入に従って、光出力が増加し、25
11Aで発振し、発振波長は1,31J11であった0
発振しきい値の5倍までキンクなしでモードの飛びもな
くサイドモードの抑圧比は30dB以上あり、光出力は
125■Aで30mWであった。
Carrier density I XIO"cm-" 4: Non-doped Ga1nAsP active layer, thickness 0.1B,
Carrier density I x 10'? C-2, active layer width 1
.. 8n5: P-type 1nP crystal layer, thickness 1.5n+ carrier density 5X10'1cm-" 6: P-type Ga1nAsP electrode layer, thickness 0.'In, carrier density 2XIO"cm-" 7: P-type 1nP current sandwich Insertion layer, thickness': 1.511111
Zn-doped, carrier density I Xl01'cm bow 8:
N-type InP current interlayer, thickness! 1.5n+Sn doped,
The device with carrier density I After forming 11, the optical output characteristics were measured. In continuous operation at 25°C, the optical output increased as current was injected.
It oscillated at 11A, and the oscillation wavelength was 1.31J110
There was no kink or mode skipping up to 5 times the oscillation threshold, and the side mode suppression ratio was over 30 dB, and the optical output was 30 mW at 125 A.

第2図に光照射によるInPの選択成長特性を成長温度
と成長速度の関係について示す、  InPの選択成長
は400℃付近で行い、その他の成長は500℃付近で
行つた。
FIG. 2 shows the selective growth characteristics of InP by light irradiation with respect to the relationship between growth temperature and growth rate. Selective growth of InP was performed at around 400°C, and other growths were performed at around 500°C.

〔実施例2〕 第3図は実施例2の半導体レーザの横方向の断面図を示
したものである。この素子は実施例1と同様に、第3図
(a)の構造はガスソースMBE法により成長した。最
初は光照射を行わずにInP基板l上にn形1nPバッ
ファ層12.厚さ1n、キャリア密度I XIO”ca
t−”、次にノンドープGa1nAsP活性層4.厚さ
0.In、キャリア密度I XIO”c+s−”次にp
形Ga1n^3P光ガイド層13.厚さ1.5n+ キ
ャリア密度5 Xl01?cm−”、波長1.1n&I
I成、次に光照射を行い、P形1nP選択成長層14を
成長した。
[Example 2] FIG. 3 shows a lateral cross-sectional view of a semiconductor laser of Example 2. As in Example 1, the structure shown in FIG. 3(a) was grown by gas source MBE. Initially, an n-type 1nP buffer layer 12. Thickness 1n, carrier density I XIO”ca
t-", then undoped Ga1nAsP active layer 4. thickness 0.In, carrier density I XIO"c+s-" then p
Ga1n^3P light guide layer 13. Thickness 1.5n+ Carrier density 5 Xl01? cm-”, wavelength 1.1n&I
A P-type 1nP selective growth layer 14 was grown by performing I-formation and then light irradiation.

ピッチ、厚さ等は実施例1と全く同じである0次に成長
を中断して取り出し、p形1nP這択成長層14をマス
クとして利用して硫酸系選択エツチング液(38露SO
n+H*Ot +HtO)により光ガイド層13を選択
的に深さ0.1nエツチングし、回折格子を転写した。
The pitch, thickness, etc. are exactly the same as in Example 1. The zero-order growth is interrupted and taken out, and the p-type 1nP selectively grown layer 14 is used as a mask and a sulfuric acid-based selective etching solution (38% SO
The optical guide layer 13 was selectively etched to a depth of 0.1n using (n+H*Ot+HtO), and the diffraction grating was transferred.

これを基板としてその上に第3図(b)に示すとおり2
回目の成長として、p形1nPクラッド層5.キャリア
濃度5 Xl0I?cs+−”、厚さ1.5n、次にp
形Ga1nAsP電極層6.キャリア濃度2XIO”c
at−’を成長した。このようにして得られたウェハを
実施例1と同様にプロセスして、埋め込み成長を行い、
電極プロセス、マウント等を同様に行い、1−L特性及
びスペクトル特性を測定したところ実施例1と同じ特性
が得られた。
This is used as a substrate and two
As the second growth, p-type 1nP cladding layer 5. Carrier concentration 5 Xl0I? cs+-”, thickness 1.5n, then p
Ga1nAsP electrode layer 6. Carrier concentration 2XIO”c
At-' was grown. The wafer thus obtained was processed in the same manner as in Example 1 to perform buried growth,
The electrode process, mounting, etc. were carried out in the same manner, and when the 1-L characteristics and spectral characteristics were measured, the same characteristics as in Example 1 were obtained.

実施例2では結晶成長工程を有機金属分子線エピタキシ
ー(MOMBB)法によって行い、埋め込み成長のみを
液相エピタキシー(LPE)法で成長したが、p形In
P選択成長層以外の結晶成長層は他の結晶成長方法(L
PE、VPE、MOVPE)等が利用できることは明ら
かである。
In Example 2, the crystal growth process was performed using the metal organic molecular beam epitaxy (MOMBB) method, and only the buried growth was performed using the liquid phase epitaxy (LPE) method.
Crystal growth layers other than the P selective growth layer are grown using other crystal growth methods (L
It is clear that PE, VPE, MOVPE) etc. can be used.

(実施例3) 第4図はGaAs/AlGaAs系材料による本発明の
方法の半導体レーザの実施例である。成長方法は実施例
1と同様ガスソースMBE法により成長した。
(Example 3) FIG. 4 is an example of a semiconductor laser according to the method of the present invention using GaAs/AlGaAs-based materials. The growth method was the same as in Example 1, using the gas source MBE method.

原料ソースとしてはアルミの原料としてトリメチルアル
ミ(TMA)を追加し、やはりマスフローコントローラ
を使用して供給した。光源は実施例1と同様のもので発
振波長は485nwを用いた。 GaAs層の選択成長
には周期370rv 3次のGaAs回折格子が形成で
きるように調整した。
As a raw material source, trimethyl aluminum (TMA) was added as an aluminum raw material, and was also supplied using a mass flow controller. The light source was the same as in Example 1, and the oscillation wavelength was 485 nw. The selective growth of the GaAs layer was adjusted so that a third-order GaAs diffraction grating with a period of 370 rv could be formed.

第51!Iに光照射によるGaAsの選択成長特性を成
長温度及び成長速度の関係について示す、 GaAaの
選択成長は〜400℃で行い、その他の成長は〜650
℃で行った。(成長速度は光の照射のをり無しにあまり
関係しないで約1.8n/hrである。)この成長層を
得るには最初に成長温度650℃にてn形GaAs基板
16上にn形GaAsバシファ層17.厚さ1n1次に
400℃にて光照射を行い、n形GaAs選択成長層1
8.厚さ0.5n、次に光照射をやめて650℃にてn
形Al @T x*Gaa、 @oAs光ガイトガ41
層19.厚−I n s次にノンドープAle、 as
Ga*、 *sAs活性層20、厚さ0.15n、次に
p形Ale、 1sGao、 *sAsクラッド層21
層厚1.厚、次にp形GaAs電極層22.厚さ〜0.
5nを成長した0次に実施例1と同様の方法により埋め
込み成長をするための逆メサ積層体を形成する0次に横
モード制御のための埋め込み成長として、LPE法で、
エツチングにより取り除いた部分にp形A1m、 5s
Ga*、 1sAS層23、およびn形ALm、 ■G
a*、□As層24の電極挟挿及び光閉じ込め用の埋め
込み成長を行つた。
51st! The selective growth characteristics of GaAs by light irradiation are shown in Figure I with respect to the relationship between growth temperature and growth rate. Selective growth of GaAa was performed at ~400°C, and other growths were performed at ~650°C.
It was carried out at ℃. (The growth rate is approximately 1.8 n/hr, which has little to do with the rate of light irradiation.) To obtain this growth layer, first deposit an n-type GaAs substrate 16 on an n-type GaAs substrate 16 at a growth temperature of 650°C. GaAs bacifer layer 17. Next, light irradiation was performed at 400°C to form an n-type GaAs selectively grown layer 1 with a thickness of 1n1.
8. Thickness 0.5n, then stop light irradiation and heat at 650℃
Form Al @T x * Gaa, @oAs Hikari Gaitoga 41
Layer 19. Thickness - I n s then non-doped Ale, as
Ga*, *sAs active layer 20, thickness 0.15n, then p-type Ale, 1sGao, *sAs cladding layer 21
Layer thickness 1. thickness, then p-type GaAs electrode layer 22. Thickness ~0.
5n was grown using the same method as in Example 1 to form an inverted mesa stack for buried growth.As buried growth for zero-order transverse mode control, the LPE method was used.
P-type A1m, 5s on the part removed by etching
Ga*, 1sAS layer 23, and n-type ALm, ■G
a*, □As layer 24 was grown for electrode insertion and optical confinement.

このようにして得られた素子の各層の構成は第4図の状
態において次のとおりであり、各結晶層はGaAsの格
子定数に合致している。
The structure of each layer of the element thus obtained in the state shown in FIG. 4 is as follows, and each crystal layer matches the lattice constant of GaAs.

16、+Slドープn形GaAs基板、厚さ80fl、
キャリア密度5  XIO”cm−コ+  EPD50
0csi−”17 : S1ド一プn形GaAsバツフ
ア層、キャリア密度1  XIO”cm−コ 18 : Stドープn形GaAs選択成長層、キャリ
ア密度5 Xl01′cm−’ 19 : Slドープn形^t@、 5edaの、 *
oAs光ガイド層、キャリア密度5 XIO”cs+−
” 20:n形Ale、 *5Gao、 *@As活性層、
ノンドープ21 : Znドープp形Ale、 5sG
ao、 =5Asクラッド層、キャリア密度5 XIO
”cm−’ 22 : Znドープp形GaAs電極層、キャリア密
度5×10”cm−’ 23 : Znドープp形Al@、 5sGa*、 &
Jl埋め込み層、キャリア密度I Xl0I?cm−” 24 : Stドープn形Ale、 5sGae、 h
sAs埋め込み層、キャリア密度I XIOIffam
−” このようにして得られたウェハは実施例1と同様にp形
オーミック電極の形成、基板研磨、n形オーミック電極
の形成を行った後に、Stヒートシンク上にマウントし
、電流−光出力特性及び発光スペクトルを測定した。素
子の光取り出し面にはARコート1%が施されている。
16, +Sl-doped n-type GaAs substrate, thickness 80fl,
Carrier density 5 XIO”cm-co+EPD50
0csi-"17: S1-doped n-type GaAs buffer layer, carrier density 1 XIO"cm-co18: St-doped n-type GaAs selectively grown layer, carrier density 5 @, 5eda's, *
oAs optical guide layer, carrier density 5 XIO"cs+-
” 20: n-type Ale, *5Gao, *@As active layer,
Non-doped 21: Zn-doped p-type Ale, 5sG
ao, =5As cladding layer, carrier density 5XIO
"cm-' 22: Zn-doped p-type GaAs electrode layer, carrier density 5 x 10"cm-' 23: Zn-doped p-type Al@, 5sGa*, &
Jl buried layer, carrier density I Xl0I? cm-” 24: St-doped n-type Ale, 5sGae, h
sAs buried layer, carrier density I XIOIfam
-” The wafer thus obtained was subjected to the formation of p-type ohmic electrodes, substrate polishing, and formation of n-type ohmic electrodes in the same manner as in Example 1, and then mounted on an St heat sink, and the current-light output characteristics were and the emission spectrum was measured.The light extraction surface of the element was coated with 1% AR coating.

注入電流f5mAで発振開始し、発振波長は875nm
Oscillation starts with an injection current of f5mA, and the oscillation wavelength is 875nm.
.

発振しきい値の5倍までキンクなしに発振モードの飛び
がな(、サイドモードの抑圧比は30dB以上あった。
There was no kinking in the oscillation mode up to 5 times the oscillation threshold (the side mode suppression ratio was over 30 dB).

この時光出力は75−Aで8諺−が得られた。At this time, the optical output was 75-A, and 8 proverbs were obtained.

なお、この実施例では回折格子を含む多層結晶層を一回
の成長で結晶成長させるために、成長方法をMOMBE
法により成長し、埋め込み成長のみLPE法を利用した
が、回折格子の選択成長を除けば他の成長方法(VPE
、MO−CVD、LPE等)で活性層を含む成長層を多
層成長できることは明らかである。なお、実施例ではI
nP及びGaAaの光照射による選択成長機能により回
折格子の成長を行った0以上はDFBレーザについて述
べたがGaInAsP及びAlGaAsの光照射による
選択成長も可能であり、この場合にはこれらGa1nA
sP及びGaAlAs光ガイド層を選択成長し、光ガイ
ド層に回折格子を形成することにより、DFB及びDB
R機能をもたせたレーザを製作することができる。
In this example, in order to grow a multilayer crystal layer including a diffraction grating in one growth, the growth method was changed to MOMBE.
The LPE method was used only for buried growth, but other growth methods (VPE) were used except for the selective growth of the diffraction grating.
, MO-CVD, LPE, etc.), it is clear that multiple growth layers including an active layer can be grown. In addition, in the example, I
Diffraction gratings were grown using a selective growth function by light irradiation of nP and GaAa.Although the DFB laser was described above, selective growth of GaInAsP and AlGaAs by light irradiation is also possible, and in this case, these Ga1nA
By selectively growing sP and GaAlAs light guide layers and forming a diffraction grating in the light guide layer, DFB and DB
It is possible to manufacture a laser with R function.

なお、本発明ではn形1nP及びn形GaAs基板を用
いた例について説明したが、p形InP及びp形GaA
s基板を使用しても効果は同じであり、その場合には各
構造においてn影領域とp影領域を入れ替えれば良い、
又、実施例ではBHタイプ、埋め込み形DFBレーザに
って述べたが、DCPBHもしくは他のタイプでも同様
の効果を得ることができる。
In addition, in the present invention, an example using n-type 1nP and n-type GaAs substrates has been described, but p-type InP and p-type GaA
The effect is the same even if an s substrate is used; in that case, the n shadow region and the p shadow region may be replaced in each structure.
Furthermore, although the embodiments have been described using a BH type and a buried DFB laser, similar effects can be obtained using a DCPBH or other types.

また、実施例では波長1.31のInP−GaInAs
P系及び0.85nのGaAs−AlGaAs系の半導
体について説明したが、他の波長域及び、この例とは異
なる半導体を用いたDFB及びDBRレーザについても
本発明が応用できる。
In addition, in the example, InP-GaInAs with a wavelength of 1.31
Although P-based and 0.85n GaAs-AlGaAs-based semiconductors have been described, the present invention can also be applied to DFB and DBR lasers in other wavelength ranges and using semiconductors different from this example.

又、実施例1のn形1nP選択成長層をp形とした場合
には、活性層への電流注入が不均一となり電流−光出力
特性に光双安定効果を持たせることができた。
Furthermore, when the n-type 1nP selectively grown layer of Example 1 was made into p-type, current injection into the active layer became non-uniform, and an optical bistability effect could be imparted to the current-light output characteristics.

又、実施例2において光ガイド層13の形成方法は硫酸
系選択エツチング液を用いないで、連続成長中にスパッ
タによりエツチングし形成することも可能である。
Further, in the second embodiment, the optical guide layer 13 can be formed by etching by sputtering during continuous growth without using a sulfuric acid-based selective etching solution.

(発明の効果) 以上述べたごとく、本発明によれば回折格子の形成を、
結晶成長によって行うことにより、プロセス中に混入す
る汚染を防止することができる。
(Effects of the Invention) As described above, according to the present invention, the formation of a diffraction grating can be
By performing crystal growth, it is possible to prevent contamination from entering the process.

これにより回折格子上に結晶成長する際の回折格子形成
基板の前処理が簡素化されると共に、回折格子上の結晶
成長層の品質が向上し、ウェハ毎の再現性が向上する。
This simplifies the pretreatment of the diffraction grating forming substrate during crystal growth on the diffraction grating, improves the quality of the crystal growth layer on the diffraction grating, and improves reproducibility for each wafer.

また、回折格子を結晶成長中に形成できることから、D
FB及びDBRレーザの製作工程が簡素化され、素子の
生産性が向上する。特に回折格子の形成に当りフォトワ
ークが必要なくなったことにより製作工程が減少し、フ
ォトレジストによる汚染がなくなることにより、ウェハ
内の素子のバラツキがなくなり、素子生産性が向上する
など効果が大である。
In addition, since the diffraction grating can be formed during crystal growth, D
The manufacturing process of FB and DBR lasers is simplified and device productivity is improved. In particular, since photowork is no longer required to form the diffraction grating, the number of manufacturing steps is reduced, and contamination from photoresist is eliminated, which eliminates variations in devices within the wafer and improves device productivity. be.

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

第1図は本発明方法による半導体レーザの第1実施例で
、(a)は平面図、(ロ)は横断面図、(C)は光取り
出し面の断面図を示す、第2図は光照射による[nPの
選択成長特性を示す、第3図は半導体レーザの第2実施
例で、(a)、(ロ)は横断面図を示す、第4図は半導
体レーザの第3の実施例で、(a)は横断面図、(b)
は光取り出し面の断面図を示す、第5図はGaAsの光
照射による選択成長特性、第6図は半導体薄膜形成装置
を示す。 1・・・n形1nP基板 2・・・n形1nP選択成長回折格子層3・・・ノンド
ープGaInAsP光ガイド層4・・・ノンドープGa
1nAaP活性層5・・・p形1nPクラッド層 6・・・p形Ga1nAsP電極層 7・・・p形InP電流挟挿層 8・・・n形1nP電流挟挿層 9・・・n形オーミック電極 10・・・p形オーミック電極 11・・・AR膜 12・・・n形1aPバッファ層 13・・・p形Ga1nAsP光ガイド層14・・・p
形InP選択成長層 15・・・選択エツチングによりエツチングしたミゾ1
6・・・n形GaAs基板 17・ 18・ 19・ 20・ 21・ 22・ 23・ 24・ n形GaAsバッファ層 n形GaAs選択成長回折格子層 n形^IGaAa光ガイド層 ノンドープAlGaAs活性層 p形AIGaAaクラット層 P形GaAs電極層 p形AlGaAs電流挟挿層 n形AlGaAs電流挟挿層 第1図 (a) 成長達色 (JJm/h) 第 図 (G) (b) 戒&遠友 (J、1m/h) 第4図 (a) (b)
FIG. 1 shows a first embodiment of a semiconductor laser according to the method of the present invention, in which (a) is a plan view, (b) is a cross-sectional view, and (c) is a cross-sectional view of the light extraction surface. Fig. 3 shows the selective growth characteristics of [nP] by irradiation. Fig. 3 shows the second embodiment of the semiconductor laser, (a) and (b) show cross-sectional views, and Fig. 4 shows the third embodiment of the semiconductor laser. (a) is a cross-sectional view, (b)
5 shows the selective growth characteristics of GaAs by light irradiation, and FIG. 6 shows a semiconductor thin film forming apparatus. 1... N-type 1nP substrate 2... N-type 1nP selectively grown diffraction grating layer 3... Non-doped GaInAsP optical guide layer 4... Non-doped Ga
1nAaP active layer 5...p-type 1nP cladding layer 6...p-type Ga1nAsP electrode layer 7...p-type InP current intercalating layer 8...n-type 1nP current intercalating layer 9...n-type ohmic Electrode 10...p-type ohmic electrode 11...AR film 12...n-type 1aP buffer layer 13...p-type Ga1nAsP light guide layer 14...p
InP selective growth layer 15...groove 1 etched by selective etching
6... N-type GaAs substrate 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, n-type GaAs buffer layer, n-type GaAs selectively grown diffraction grating layer, n-type^IGaAa optical guide layer, non-doped AlGaAs active layer, p-type AIGaAa crat layer P-type GaAs electrode layer p-type AlGaAs current sandwich layer , 1m/h) Figure 4 (a) (b)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] InP及びGaAs層のダブルヘテロ構造を有する埋め
込み形の分布帰還形及び分布反射形の半導体レーザにお
いて、前記レーザ内の回折格子を、光照射により選択的
に結晶成長させることを特徴とする半導体レーザの作製
方法。
A buried distributed feedback type and distributed reflection type semiconductor laser having a double heterostructure of InP and GaAs layers, characterized in that a diffraction grating in the laser is selectively grown as a crystal by light irradiation. Fabrication method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112993742A (en) * 2019-12-13 2021-06-18 山东华光光电子股份有限公司 Semiconductor laser chip and manufacturing method thereof

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