JPH067622B2 - Method for manufacturing semiconductor laser device - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor laser device

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JPH067622B2
JPH067622B2 JP6937084A JP6937084A JPH067622B2 JP H067622 B2 JPH067622 B2 JP H067622B2 JP 6937084 A JP6937084 A JP 6937084A JP 6937084 A JP6937084 A JP 6937084A JP H067622 B2 JPH067622 B2 JP H067622B2
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JP
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etching
semiconductor laser
layer
laser device
cavity surface
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JP6937084A
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優 和田
国雄 伊藤
健 浜田
裕一 清水
隆 杉野
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/0201Separation of the wafer into individual elements, e.g. by dicing, cleaving, etching or directly during growth
    • H01S5/0203Etching

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  • Weting (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体レーザ装置の製造方法に関するものであ
る。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor laser device.

従来例の構成とその問題点 GaAsやGaAlAs系の化合物半導体の化学エッチングは以前
から研究されており、そのエッチング特性については数
多くの報告がある。エッチャント,エッチング速度,Ga
AsあるいはGaAlAsの選択エッチング液,エッチングプロ
ファイルなどについてその詳細が知られている。このよ
うな化学エッチング技術を用いてGaAsの表面処理やGaAs
/GaAlAsからなるウエハの選択エッチングが行なわれて
きた。さらに、半導体レーザなどのキャビティ面の作製
にもこのような技術が利用されてきた。
Structure of conventional example and its problems Chemical etching of compound semiconductors of GaAs or GaAlAs system has been studied for a long time, and there are many reports on its etching characteristics. Etchant, etching rate, Ga
The details of As or GaAlAs selective etching solutions and etching profiles are known. Using such chemical etching technology, GaAs surface treatment and GaAs
/ GaAlAs wafers have been selectively etched. Further, such a technique has also been used for producing a cavity surface of a semiconductor laser or the like.

半導体レーザは一般にへき開法によってキャビティ面を
形成しているが、光ICなどのように半導体レーザとデ
ィテクターや駆動回路などの素子とをモノリシックに集
積化しようとする場合、へき開法は全く用いることはで
きない。そのために、化学エッチング法によるウエット
エッチ法やリアクティブイオンエッチ(RIE)などに
よるドライエッチ法が研究されている。量産化や信頼性
を考慮すると化学エッチング法が優れており、その容易
さから、いろいろな方法によるキャビティ面の作製が試
みられてきた。化学エッチング法によるキャビテイ面の
作製で問題となることは、キャビティ面の垂直性と表面
の平担性である。
A semiconductor laser generally has a cavity surface formed by a cleavage method. However, when a semiconductor laser and an element such as a detector or a driving circuit are to be monolithically integrated like an optical IC, the cleavage method should not be used at all. Can not. Therefore, a wet etching method using a chemical etching method and a dry etching method such as a reactive ion etching (RIE) have been studied. The chemical etching method is excellent in terms of mass production and reliability, and due to its ease, attempts have been made to produce a cavity surface by various methods. The problems in the production of the cavity surface by the chemical etching method are the verticality of the cavity surface and the flatness of the surface.

第1図a,bにキャビティ面の傾きθと規格化された反
射率との関係を示す。同図からもわかるようにキャビテ
ィ面が約5°傾くだけで反射率は50%も減少してしま
うため、しきい値の上昇や外部微分量子効率の低下につ
ながる。さらにキャビティ面の表面の荒れによって反射
率は著しく低下する。従来の化学エッチング法によって
作製されたレーザではこのような問題のためにへき開法
に比べてしきい値電流密度が高く連続発振が極めて困難
な状況にあった。
1A and 1B show the relationship between the inclination θ of the cavity surface and the normalized reflectance. As can be seen from the figure, the reflectance decreases by 50% only by tilting the cavity surface by about 5 °, which leads to an increase in the threshold value and a decrease in the external differential quantum efficiency. Further, the reflectance is significantly lowered due to the roughness of the surface of the cavity surface. Due to such a problem, the laser manufactured by the conventional chemical etching method has a higher threshold current density than that of the cleavage method, and continuous oscillation is extremely difficult.

発明の目的 本発明は上記欠点に鑑み、エッチング法によって垂直か
つ平担なキャビティ面を形成する半導体レーザ装置の製
造方法を提供するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above drawbacks, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor laser device in which a vertical and flat cavity surface is formed by an etching method.

発明の構成 この目的を達成するために、本発明の半導体レーザ装置
の製造方法は、キャップ層の一部を除去した後、クラッ
ド層上に<011>方向の開孔端を有するマスクを形成
し、開孔部を通してエッチングを行ってキャビティ面を
形成することから構成されている。
To achieve this object, in the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, after removing a part of the cap layer, a mask having an open end in the <011> direction is formed on the cladding layer. , Forming a cavity surface by etching through the openings.

実施例の説明 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。第2図は(100)GaAs基板上にGa1-xAlxAs層を
成長させ<011>方向に沿ったストライプ状のマスク
を通してエッチングを行なった時のエッチングプロファ
イルの傾き角についての実験結果を示している。傾き角
θ1およびθ2はAlAs混晶比xによって大きく変化してい
る。xの値が0.2近傍および0.4近傍では傾き角θ
1は約90°となる。一方、GaAs基板との界面に生じる
角θ2はx<0.1およびx〜0.4のところでほぼ0
となっている。xが0.4近傍に注目してみるとθ1
90°でθ2〜0℃となり、エッチング端面は垂直かつ
平坦な面となる。この結果を半導体レーザに応用すると
へき開面とほぼ等価なキャビティ面が得られることにな
る。
Description of Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Figure 2 shows the experimental results on the tilt angle of the etching profile when a Ga 1-x Al x As layer was grown on a (100) GaAs substrate and etched through a stripe-shaped mask along the <011> direction. Shows. The tilt angles θ 1 and θ 2 largely change depending on the AlAs mixed crystal ratio x. When the value of x is near 0.2 and near 0.4, the tilt angle θ
1 becomes about 90 °. On the other hand, the angle θ 2 generated at the interface with the GaAs substrate is almost 0 at x <0.1 and x to 0.4.
Has become. Focusing on x near 0.4, θ 1 ~
At 90 °, θ 2 to 0 ° C., and the etching end surface becomes a vertical and flat surface. If this result is applied to a semiconductor laser, a cavity surface almost equivalent to the cleavage surface can be obtained.

実施例の一つとして第2図の結果からクラッドのAlAs混
晶比を0.4としてその作製法を説明する。
As one of the examples, a method for producing the AlAs mixed crystal ratio of the clad is set to 0.4 from the result shown in FIG.

第3図(a)に示すように、n型GaAs(100)基板1上
にn型Ga0.6Al0.4Asクラッド層2、GaAs活性層3、p型
Ga0.6Al0.4Asクラッド層4およびp型GaAsキャップ層5
を連続的に成長させる。
As shown in FIG. 3 (a), an n-type Ga 0.6 Al 0.4 As clad layer 2, a GaAs active layer 3 and a p-type are formed on an n-type GaAs (100) substrate 1.
Ga 0.6 Al 0.4 As clad layer 4 and p-type GaAs cap layer 5
To grow continuously.

その後、ストライプ状のフォトマスク6を<011>方
向に沿って形成し、そのマスクを通してGaAsキャップ層
5のみを選択的にエッチングする(第3図(b))。
After that, a stripe-shaped photomask 6 is formed along the <011> direction, and only the GaAs cap layer 5 is selectively etched through the mask (FIG. 3 (b)).

さらにレジスト6を除去した後、露出したp型Ga0.6Al
0.4Asクラッド層4上にストライプ状のフォトマスク6
を<011>方向に沿って形成し、このマスクを通して
基板までエッチングを行なう(第3図(c))。なお、使
用したエッチャントは1H2SO4:8H2O2:1H2O(20
℃)である。
Further, after removing the resist 6, the exposed p-type Ga 0.6 Al
0.4 As Striped photomask 6 on clad layer 4
Are formed along the <011> direction, and the substrate is etched through this mask (FIG. 3 (c)). Incidentally, the etchant used is 1H 2 SO 4: 8H 2 O 2: 1H 2 O (20
℃).

上記の方法でエッチングを行なうとキャビティ面となる
端面はpn接合面に垂直でかつ極めて平担な鏡面が得ら
れる。ちなみに、第3図(a)のウエハにおいて、p型GaA
sキャップ層5の上からフォトマスクを通してエッチン
グを行なうと第4図のように逆メサ状のエッチングプロ
ファイルを示し、半導体レーザのキャビティ面としては
極めて程度の低いものとなる。
When the etching is performed by the above method, an end face which becomes a cavity face is obtained as a mirror face which is perpendicular to the pn junction face and is extremely flat. By the way, in the wafer of FIG. 3 (a), p-type GaA
When etching is performed from above the s cap layer 5 through a photomask, an etching profile having an inverted mesa shape is shown as shown in FIG. 4, and the cavity surface of the semiconductor laser becomes extremely low.

第3図(a)〜(c)で得られたウエハのキャップ層上に正電
極7を形成し、基板側に負電極8を形成した後、エッチ
ングを行なった溝のところでブレイクして第5図に示す
ようは半導体レーザ素子を得る。
After forming the positive electrode 7 on the cap layer of the wafer obtained in FIGS. 3 (a) to 3 (c) and the negative electrode 8 on the substrate side, the substrate is broken at the etched groove to form the fifth electrode. A semiconductor laser device is obtained as shown in the figure.

第5図の半導体レーザ素子の光出力−電流特性を第6図
に示す。連続発振で非常に高歩留で得られており、典型
的な発振しきい値は72mA(へき開法では70mA)
で微分量子効率は片面当り29%(へき開法では30
%)とへき開法とほとんど差のない特性が得られた。
The optical output-current characteristics of the semiconductor laser device of FIG. 5 are shown in FIG. It is obtained with continuous oscillation at a very high yield, and the typical oscillation threshold is 72 mA (70 mA in the cleavage method).
The differential quantum efficiency is 29% per side (30 in the cleavage method).
%) And a characteristic that is almost the same as the cleavage method was obtained.

発明の効果 本発明の特徴は接合面に垂直かつ鏡面のキャビティ面を
化学エッチング法によって作製できるということであ
る。このようにへき開面と等価なキャビティ面が化学エ
ッチング法によって得られることの利点は同一基板上に
他の素子の一体化しやすいこと,ショートキャビティレ
ーザが作製できること,レーザ端面の保護膜形成がバッ
チ処理できること,特性の検査がウエハのままでできる
ことなどがあげられ、その実用的効果は大なるものがあ
る。
EFFECTS OF THE INVENTION A feature of the present invention is that a cavity surface which is perpendicular to the joint surface and which is a mirror surface can be produced by a chemical etching method. The advantage of obtaining a cavity surface equivalent to the cleavage surface by the chemical etching method is that other elements can be easily integrated on the same substrate, a short cavity laser can be manufactured, and a protective film for the laser end surface is formed by batch processing. What can be done and that the inspection of the characteristics can be done with the wafer as it is, and the practical effect is great.

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

第1図(a),(b)はキャビティ面の傾きと反射率との関係
を示す図、第2図は(100)GaAs基板上にGa1-xAlxAs
層を成長させ<011>方向に沿ったストライプ状のマ
スクを通してエッチングを行なった時のエッチング端面
の傾きを示す図、第3図(a),(b),(c)は本発明による
半導体レーザのエッチングによるキャビティ面の製造方
法を示す図、第4図は従来のエッチングによるウエハの
エッチングプロファイルを示す図、第5図は本発明の製
造方法によって作製された半導体レーザの斜視図、第6
図は同半導体レーザの光出力−電流特性を示す図であ
る。 1……n型GaAs(100)基板、2……n型Ga0.6Al0.4
Asクラッド層、3……GaAs活性層、4……p型Ga0.6Al
0.4Asクラッド層、5……p型GaAsキャップ層、6……
フォトマスク、7……正電極、8……負電極。
1 (a) and 1 (b) show the relationship between the tilt of the cavity surface and the reflectance, and FIG. 2 shows Ga 1-x Al x As on a (100) GaAs substrate.
FIG. 3 (a), FIG. 3 (b), and FIG. 3 (c) are views showing the inclination of the etching end face when a layer is grown and etching is performed through a stripe-shaped mask along the <011> direction. Showing a method for manufacturing a cavity surface by etching of FIG. 4, FIG. 4 is a view showing an etching profile of a wafer by conventional etching, FIG. 5 is a perspective view of a semiconductor laser manufactured by the manufacturing method of the present invention, and FIG.
The figure shows the optical output-current characteristics of the same semiconductor laser. 1 ... n-type GaAs (100) substrate, 2 ... n-type Ga 0.6 Al 0.4
As clad layer, 3 ... GaAs active layer, 4 ... p-type Ga 0.6 Al
0.4 As clad layer, 5 ... p-type GaAs cap layer, 6 ...
Photomask, 7 ... Positive electrode, 8 ... Negative electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 裕一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 杉野 隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Yuichi Shimizu, 1006 Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture, Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Takashi Sugino, 1006, Kadoma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】(100)GaAs基板上に活性層と前記
活性層をはさむ混晶比xが0.15≦x≦0.25また
は0.35≦x≦0.45のGa1-xAlAsクラッ
ド層とを形成し、さらに前記クラッド層の上にキャップ
層を形成した後、前記キャップ層の一部を除去して前記
クラッド層の表面を露出させた後、前記クラッド層上に
<011>方向に沿うストライプ状の開孔部をもつマス
クを形成し、硫酸、過酸化水素水および水よりなるエッ
チング液により前記開孔部を通して前記GaAs基板ま
でエッチングを行って垂直かつ平坦なキャビティ面を形
成することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
1. A Ga 1-x Al having an active layer and a mixed crystal ratio x sandwiching the active layer on a (100) GaAs substrate with 0.15 ≦ x ≦ 0.25 or 0.35 ≦ x ≦ 0.45. x As clad layer, a cap layer is further formed on the clad layer, a part of the cap layer is removed to expose the surface of the clad layer, and A mask having stripe-shaped openings along the 011> direction is formed, and a vertical and flat cavity surface is formed by etching the GaAs substrate through the openings with an etching solution containing sulfuric acid, hydrogen peroxide solution and water. A method of manufacturing a semiconductor laser device, comprising:
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