JPH07135369A - Semiconductor laser and its fabrication - Google Patents
Semiconductor laser and its fabricationInfo
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- JPH07135369A JPH07135369A JP28241193A JP28241193A JPH07135369A JP H07135369 A JPH07135369 A JP H07135369A JP 28241193 A JP28241193 A JP 28241193A JP 28241193 A JP28241193 A JP 28241193A JP H07135369 A JPH07135369 A JP H07135369A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、光通信の光源となる半
導体レーザおよびその製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser used as a light source for optical communication and a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】図10は、従来の半導体レーザの構造を
示す。図において、n形InP 基板50の上に、n形I
nP バッファ層51、アンドープのInGaAsP 活性層
52、p形InP クラッド層53、p+形InGaAsP電
極層54を積層し、p側にプラス電極55を形成し、n
側にマイナス電極56を形成する。さらに、シリコン結
晶またはダイヤモンドを用いたヒートシンク57の上で
マイナス電極56に金と錫の合金58をボンディング
し、プラス電極55に金線59をワイヤボンディングし
てそれぞれ電極を取り出す構造である。2. Description of the Related Art FIG. 10 shows the structure of a conventional semiconductor laser. In the figure, on the n-type InP substrate 50, n-type I
An nP buffer layer 51, an undoped InGaAsP active layer 52, a p-type InP clad layer 53, and ap + -type InGaAsP electrode layer 54 are laminated, and a positive electrode 55 is formed on the p-side.
The negative electrode 56 is formed on the side. Further, on the heat sink 57 using silicon crystal or diamond, a gold-tin alloy 58 is bonded to the negative electrode 56, and a gold wire 59 is wire-bonded to the positive electrode 55 to take out the respective electrodes.
【0003】しかし、このような構造では、ワイヤのイ
ンダクタンスLによって電気的な誘導を受けやすい。ま
た、プラス電極55のパッドとマイナス電極56との間
の容量によって高速変調時における変調電流がレーザ部
に流れにくく、変調がかかりにくくなる問題があった。However, in such a structure, the inductance L of the wire is apt to be electrically induced. Further, due to the capacitance between the pad of the plus electrode 55 and the minus electrode 56, the modulation current at the time of high-speed modulation is difficult to flow to the laser portion, and there is a problem that modulation is less likely to occur.
【0004】その問題を解決するために、ヒートシンク
上にインピーダンス整合した配線パターンを形成してフ
リップチップ実装する方法がある。図11は、 pinホト
ダイオードの実装に適用されているフリップチップ実装
例を示す(恒次その他,“微小はんだバンプを用いた高
速受光モジュールの実装技術”,電子情報通信学会技術
研究報告, pp.17-22, vol.OQE91-63, 1991)。図におい
て、61は pinホトダイオード、62はヒートシンク5
7上に形成された配線パターン、63は半だバンプであ
る。In order to solve the problem, there is a method of forming an impedance-matched wiring pattern on a heat sink and performing flip-chip mounting. Fig. 11 shows an example of flip-chip mounting applied to the mounting of pin photodiodes (Kojiki et al., "Mounting Technology for High-speed Photosensitive Modules Using Small Solder Bumps", IEICE Technical Report, pp.17). -22, vol.OQE91-63, 1991). In the figure, 61 is a pin photodiode and 62 is a heat sink 5.
The wiring pattern formed on the wiring 7 and the numeral 63 are half bumps.
【0005】このフリップチップ実装法を半導体レーザ
の実装に適用するには、半導体レーザの電極を同一面上
に形成する必要がある。それに適合するものとして、図
12に示す構造の横接合ストライプ形(TJS)レーザ
がある(Susaki et al.,"Newstructures of GaAlAs lat
eral-junction laser for low-threshold and single-m
ode operation",IEEE J.Quantum Electron.,pp.587-59
1,vol.QE-13, 1977)。In order to apply this flip-chip mounting method to mounting a semiconductor laser, it is necessary to form electrodes of the semiconductor laser on the same surface. A suitable example is a transverse junction stripe (TJS) laser having the structure shown in FIG. 12 (Susaki et al., "New structures of GaAlAs lat").
eral-junction laser for low-threshold and single-m
ode operation ", IEEE J. Quantum Electron., pp. 587-59
1, vol.QE-13, 1977).
【0006】図において、半絶縁性GaAs基板70の上
に、n形AlGaAs バッファ層71、n形GaAs活性層
72、n形AlGaAs クラッド層73、n形GaAs電極
層74およびp形GaAs電極層75を積層し、GaAs/
AlGaAs ダブルヘテロ構造を形成する。この構造に亜
鉛を拡散し、p形GaAs電極層75の周りに高い不純物
濃度の亜鉛拡散領域76および低い不純物濃度の亜鉛拡
散領域77を形成する。さらに、n形GaAs電極層74
にマイナス電極78を形成し、p形GaAs電極層75に
プラス電極79を形成する。ここで、矢印は層に平行に
注入される電流の流れる方向を表す。In the figure, on a semi-insulating GaAs substrate 70, an n-type AlGaAs buffer layer 71, an n-type GaAs active layer 72, an n-type AlGaAs clad layer 73, an n-type GaAs electrode layer 74 and a p-type GaAs electrode layer 75. Are stacked and GaAs /
Form an AlGaAs double heterostructure. Zinc is diffused into this structure to form a zinc diffusion region 76 having a high impurity concentration and a zinc diffusion region 77 having a low impurity concentration around the p-type GaAs electrode layer 75. Furthermore, the n-type GaAs electrode layer 74
A minus electrode 78 is formed on the p-type GaAs electrode layer 75, and a plus electrode 79 is formed on the p-type GaAs electrode layer 75. Here, the arrow represents the direction in which the current injected parallel to the layers flows.
【0007】このような横接合ストライプ形(TJS)
とすることにより、各電極を同一面上に形成することが
でき、フリップチップ実装が可能になる。しかし、光通
信に用いられるInGaAsP/InPレーザの場合には、
亜鉛の拡散により発振閾値が上昇するために、この構造
のものを採用することはできない。Such a lateral junction stripe type (TJS)
With this, each electrode can be formed on the same surface, and flip-chip mounting becomes possible. However, in the case of InGaAsP / InP lasers used for optical communication,
This structure cannot be used because the oscillation threshold is increased by the diffusion of zinc.
【0008】このInGaAsP/InPレーザにおいて、
各電極が同一面側にあるものとして図13に示す埋め込
み構造レーザがある(T.Matsuoka et al.,"1.5μm reg
ionInP/GaInAsP buried heteroctructure lasers on se
miinsulating substrates",Electron Lette., pp.12-1
4, vol.17, 1981 )。In this InGaAsP / InP laser,
There is a buried structure laser shown in FIG. 13 in which each electrode is on the same plane side (T. Matsuoka et al., "1.5 μm reg").
ionInP / GaInAsP buried heteroctructure lasers on se
miinsulating substrates ", Electron Lette., pp.12-1
4, vol.17, 1981).
【0009】図において、半絶縁性InP 基板80の上
に、n形InP バッファ層81、アンドープのInGaA
sP 活性層82、p形InP クラッド層83、p+形In
GaAsP 電極層84を電流狭搾として、逆バイアス構
造でp形InP 埋め込み層85、n形InP 埋め込み層
86、n形InGaAsP 埋め込み層87を埋め込む。さ
らに、この埋め込み層をn形InP バッファ層81の表
面までエッチングし、露出したn形InP バッファ層8
1にマイナス電極88を形成し、p+形InGaAsP 電
極層84およびn形InGaAsP 埋め込み層87にプラ
ス電極89を形成する。In the figure, on a semi-insulating InP substrate 80, an n-type InP buffer layer 81 and undoped InGaA are provided.
sP active layer 82, p-type InP clad layer 83, p + -type In
With the GaAsP electrode layer 84 as a current constriction, a p-type InP buried layer 85, an n-type InP buried layer 86, and an n-type InGaAsP buried layer 87 are buried in a reverse bias structure. Further, this buried layer is etched to the surface of the n-type InP buffer layer 81 to expose the exposed n-type InP buffer layer 8.
1, a minus electrode 88 is formed, and a plus electrode 89 is formed on the p + -type InGaAsP electrode layer 84 and the n-type InGaAsP buried layer 87.
【0010】しかし、この構造ではマイナス電極88と
プラス電極89との間に段差があり、そのままの状態で
フリップチップ実装することはできなかった。また、こ
の構造では、プラス電極89のパッドの下にn形InP
バッファ層81があるので、浮遊容量が発生し、高速動
作の支障になっていた。However, in this structure, there is a step between the minus electrode 88 and the plus electrode 89, and flip-chip mounting cannot be performed as it is. Further, in this structure, n-type InP is formed under the pad of the positive electrode 89.
Since there is the buffer layer 81, stray capacitance is generated, which hinders high-speed operation.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、半導
体レーザをフリップチップ実装するためには、電極を同
一面上に形成する必要があるが、従来の埋め込み構造の
InGaAsP/InPレーザでは電極間に段差が生じてし
まう。また、浮遊容量も大きい。As described above, in order to flip-chip mount a semiconductor laser, it is necessary to form electrodes on the same surface. However, in the conventional embedded structure InGaAsP / InP laser, the gap between the electrodes is formed. There will be a step on the. Also, the stray capacitance is large.
【0012】本発明は、プラス電極とマイナス電極を同
一面上に形成でき、かつ素子の浮遊容量を低減して高速
動作に対応できる半導体レーザおよびその製造方法を提
供することを目的とする。It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser capable of forming a plus electrode and a minus electrode on the same surface and reducing stray capacitance of the element to cope with high speed operation, and a method of manufacturing the same.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ
は、半絶縁性半導体基板の上に島状に形成された第1導
電形バッファ層と、第1導電形バッファ層の上に形成さ
れた活性層、第2導電形クラッド層、第2導電形電極層
からなる積層体のメサストライプと、第1導電形バッフ
ァ層の一部を除いてメサストライプの上面まで埋め込ま
れた高抵抗半導体埋め込み層と、メサストライプの上面
に接続された第1の電極と、高抵抗半導体埋め込み層に
できた溝に露出している第1導電形バッファ層から高抵
抗半導体埋め込み層の上面まで引き出された第2の電極
とを備えた構成である。A semiconductor laser of the present invention comprises a first conductivity type buffer layer formed in an island shape on a semi-insulating semiconductor substrate, and a first conductivity type buffer layer. A mesa stripe of a laminated body composed of an active layer, a second conductivity type clad layer, and a second conductivity type electrode layer, and a high-resistance semiconductor burying layer buried up to the upper surface of the mesa stripe except a part of the first conductivity type buffer layer. And a first electrode connected to the upper surface of the mesa stripe, and a second electrode drawn from the first conductivity type buffer layer exposed in the groove formed in the high resistance semiconductor buried layer to the upper surface of the high resistance semiconductor buried layer. And the electrode.
【0014】本発明の半導体レーザの製造方法は、請求
項2に対応する第1の製造方法と、請求項3に対応する
第2の製造方法がある。第1の製造方法は、半絶縁性半
導体基板上に第1導電形バッファ層、活性層、第2導電
形クラッド層、第2導電形電極層を順次積層する第1工
程と、第2導電形電極層の表面にストライプ状のマスク
を形成し、少なくとも第1導電形バッファ層までエッチ
ングしてメサストライプを形成する第2工程と、メサス
トライプを含む第1導電形バッファ層の所定の範囲を残
し、第1導電形バッファ層の他の部分を除去する第3工
程と、メサストライプの周囲に、高抵抗半導体埋め込み
層をメサストライプの上面まで埋め込む第4工程と、第
1導電形バッファ層が存在する位置で、高抵抗半導体埋
め込み層の上面から第1導電形バッファ層までエッチン
グして溝を形成する第5工程と、メサストライプ上に第
1の電極を形成し、溝の底に露出した第1導電形バッフ
ァ層から高抵抗半導体埋め込み層の上面まで引き出して
第2の電極を形成する第6工程とを有する。The semiconductor laser manufacturing method of the present invention includes a first manufacturing method corresponding to claim 2 and a second manufacturing method corresponding to claim 3. The first manufacturing method includes a first step of sequentially laminating a first conductivity type buffer layer, an active layer, a second conductivity type clad layer, and a second conductivity type electrode layer on a semi-insulating semiconductor substrate, and a second conductivity type. A second step of forming a stripe-shaped mask on the surface of the electrode layer and etching at least the first conductivity type buffer layer to form a mesa stripe, and leaving a predetermined range of the first conductivity type buffer layer including the mesa stripe. A third step of removing the other portion of the first conductivity type buffer layer, a fourth step of filling the high resistance semiconductor burying layer up to the upper surface of the mesa stripe around the mesa stripe, and a first conductivity type buffer layer At the position where the first resistance type buffer layer is etched from the upper surface of the high resistance semiconductor burying layer to form a groove, and the first electrode is formed on the mesa stripe and exposed at the bottom of the groove. 1 And a sixth step of forming a second electrode is drawn out from the conductivity type buffer layer to the upper surface of the high-resistance semiconductor burying layer.
【0015】第2の製造方法は、第1の製造方法と同様
の第1工程、第2工程、第3工程と、第6工程との間
に、メサストライプから離れた第1導電形バッファ層上
に、高抵抗半導体埋め込み層の成長を阻止するマスクを
形成する第4工程と、メサストライプおよび第1導電形
バッファ層の上のマスクを選択成長マスクとして、高抵
抗半導体埋め込み層をメサストライプの上面まで埋め込
む第5工程と有する。In the second manufacturing method, the first conductivity type buffer layer separated from the mesa stripe is formed between the first step, the second step, the third step and the sixth step similar to the first manufacturing method. A fourth step of forming a mask for preventing the growth of the high-resistance semiconductor burying layer, and using the mask on the mesa stripe and the first conductivity type buffer layer as a selective growth mask, the high-resistance semiconductor burying layer is formed into a mesa stripe. It has a fifth step of filling up to the upper surface.
【0016】[0016]
【作用】半導体レーザの変調速度を決定する要因の1つ
として、素子の抵抗Rと容量Cによる電気的なカットオ
フ周波数f(=1/2πRC)がある。この関係式によ
り素子の容量を低減すると高速変調が可能なことがわか
る。一方、2つの電極が基板および各層を介して対向す
る通常の半導体レーザの容量は、活性層とクラッド層の
間にできる接合容量Cj と、電極間に生ずる浮遊容量C
d とを加算したものとなる。The electrical cutoff frequency f (= 1 / 2πRC) due to the resistance R and the capacitance C of the element is one of the factors that determine the modulation speed of the semiconductor laser. It can be seen from this relational expression that high-speed modulation is possible when the capacitance of the element is reduced. On the other hand, the capacitance of a normal semiconductor laser in which two electrodes are opposed to each other via the substrate and each layer includes a junction capacitance Cj formed between the active layer and the cladding layer and a stray capacitance C generated between the electrodes.
It is the sum of d and.
【0017】本発明の半導体レーザは、半絶縁性半導体
基板上に形成し、さらに2つの電極を同一面上に形成し
かつ電気的に絶縁して配置することにより、電極間に発
生する浮遊容量を大幅に低減させることができる。した
がって、高速変調が可能となる。また、2つの電極を同
一面上に形成することができるので、フリップチップ実
装が可能となる。The semiconductor laser of the present invention is formed on a semi-insulating semiconductor substrate, and further, two electrodes are formed on the same surface and are electrically insulated from each other. Can be significantly reduced. Therefore, high speed modulation is possible. Further, since the two electrodes can be formed on the same surface, flip chip mounting is possible.
【0018】第1の製造方法と第2の製造方法の違い
は、第2の電極を形成する工程の違いにある。すなわ
ち、第1の製造方法は、高抵抗半導体埋め込み層をメサ
ストライプの周囲に埋め込んだ後に、第2の電極を取り
出すために高抵抗半導体埋め込み層の上からエッチング
を行い、第1導電形バッファ層を露出させた。第2の製
造方法は、第1導電形バッファ層の上に、第2の電極を
形成する部分を避けて高抵抗半導体埋め込み層を埋め込
む方法であり、高抵抗半導体埋め込み層のエッチング工
程が不要になる。The difference between the first manufacturing method and the second manufacturing method lies in the step of forming the second electrode. That is, in the first manufacturing method, after embedding the high resistance semiconductor burying layer around the mesa stripe, etching is performed from above the high resistance semiconductor burying layer to take out the second electrode, and the first conductivity type buffer layer is formed. Exposed. The second manufacturing method is a method of burying the high-resistance semiconductor burying layer on the first-conductivity-type buffer layer while avoiding the portion where the second electrode is formed. Become.
【0019】[0019]
【実施例】図1は、本発明の実施例として、InGaAs
P/InP系ダブルヘテロ構造半導体レーザの構成を示
す。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the InGaAs as an embodiment of the present invention.
1 shows the structure of a P / InP-based double heterostructure semiconductor laser.
【0020】図において、半絶縁性InP 基板10の上
に、島状のn形InP バッファ層11がある。その上に
アンドープのInGaAsP(バンドギャップ波長1.55μ
m)活性層12、p形InP クラッド層13、p+形In
GaAsP (バンドギャップ波長1.55μm)電極層14が
積層され、メサストライプ状に加工されている。このメ
サストライプ(12,13,14)およびn形InP バ
ッファ層11は、高抵抗InP 埋め込み層15で埋め込
まれている。さらに、高抵抗InP 埋め込み層15を順
メサ状にn形InP バッファ層11に達するまで溝16
が掘り込まれ、露出したn形InP バッファ層11上に
AuGeNi 層17を介してマイナス電極19が形成され
ている。また、メサストライプのp+形InGaAsP電極
層14上に、AuZnNi 層18を介してプラス電極20
が形成されている。21は、高抵抗InP埋め込み層1
5の表面を覆うSiO2膜である。In the figure, an island-shaped n-type InP buffer layer 11 is provided on a semi-insulating InP substrate 10. On top of that, undoped InGaAsP (bandgap wavelength 1.55μ
m) Active layer 12, p-type InP cladding layer 13, p + -type In
A GaAsP (band gap wavelength 1.55 μm) electrode layer 14 is laminated and processed into a mesa stripe shape. The mesa stripes (12, 13, 14) and the n-type InP buffer layer 11 are filled with a high-resistance InP buried layer 15. Further, the high resistance InP buried layer 15 is formed in a groove 16 in a forward mesa until the n-type InP buffer layer 11 is reached.
Is dug in, and a negative electrode 19 is formed on the exposed n-type InP buffer layer 11 via an AuGeNi layer 17. A positive electrode 20 is formed on the p + -type InGaAsP electrode layer 14 having a mesa stripe with an AuZnNi layer 18 interposed therebetween.
Are formed. 21 is a high resistance InP buried layer 1
5 is a SiO 2 film that covers the surface of No. 5.
【0021】本実施例構造の第1の特徴は、高抵抗In
P 埋め込み層15に溝をあけ、その底に露出したn形
InP バッファ層11からマイナス電極19を引き上
げ、高抵抗InP埋め込み層15の上に形成されるプラ
ス電極20とほぼ同一面上に配置したことである。これ
により、フリップチップ実装が可能となる。The first feature of the structure of this embodiment is that the high resistance In
A groove is formed in the P 2 buried layer 15, and the negative electrode 19 is pulled up from the n-type InP buffer layer 11 exposed at the bottom of the groove and placed on the same plane as the positive electrode 20 formed on the high resistance InP buried layer 15. That is. This enables flip chip mounting.
【0022】本実施例構造の第2の特徴は、半導体レー
ザが半絶縁性基板上に形成され、さらにマイナス電極1
9とプラス電極20を同一面上で電気的に絶縁して配置
していることである。これにより、電極間に発生する浮
遊容量が大幅に低減される。また、n形InP バッファ
層11を島状に形成しているので、隣接する他の素子と
の電気的な絶縁もよい。The second characteristic of the structure of this embodiment is that a semiconductor laser is formed on a semi-insulating substrate, and the negative electrode 1
9 and the plus electrode 20 are arranged on the same surface and electrically insulated from each other. As a result, the stray capacitance generated between the electrodes is significantly reduced. In addition, since the n-type InP buffer layer 11 is formed in an island shape, it may be electrically insulated from other adjacent elements.
【0023】以下、図2〜図7および図1を参照し、請
求項2に対応する半導体レーザの第1の製造方法につい
て説明する。なお、説明中に表示する濃度および寸法は
一例である。A first method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 2 will be described below with reference to FIGS. 2 to 7 and FIG. The density and dimensions shown in the description are examples.
【0024】図2は、半絶縁性半導体基板上に第1導電
形バッファ層、活性層、第2導電形クラッド層、第2導
電形電極層を順次積層する第1工程、および第2導電形
電極層の表面にストライプ状のマスクを形成し、少なく
とも第1導電形バッファ層までエッチングしてメサスト
ライプを形成する第2工程の前半部に対応する。FIG. 2 shows a first conductivity type buffer layer, an active layer, a second conductivity type clad layer, and a second conductivity type electrode layer, which are sequentially laminated on a semi-insulating semiconductor substrate, and a second conductivity type. This corresponds to the first half of the second step in which a stripe-shaped mask is formed on the surface of the electrode layer and at least the first conductivity type buffer layer is etched to form a mesa stripe.
【0025】すなわち、半絶縁性InP 基板10の上
に、MOVPE法(有機金属気相成長法)により、n形
InP バッファ層(n形不純物濃度2×1018cm-3,厚
さ2μm)11、アンドープのInGaAsP 活性層(厚
さ 0.1μm)12、p形InPクラッド層(p形不純物
濃度1×1017cm-3,厚さ2μm)13、p+形InGa
AsP 電極層(p形不純物濃度4×1018cm-3,厚さ
0.5μm)14を順次成長させる。次に、成長面上にSi
O2膜をスパッタ法により付け、通常のホトリソグラフ
ィおよびCF4 とH2 の混合ガスを用いた反応性ドライ
エッチング法により、ストライプ状のSiO2マスク31
を形成する。このとき、半導体レーザの横モードが単一
となるように、ストライプの幅を2μmとする。That is, an n-type InP buffer layer (n-type impurity concentration 2 × 10 18 cm −3 , thickness 2 μm) 11 is formed on the semi-insulating InP substrate 10 by MOVPE (metal organic chemical vapor deposition). , Undoped InGaAsP active layer (thickness 0.1 μm) 12, p-type InP clad layer (p-type impurity concentration 1 × 10 17 cm −3 , thickness 2 μm) 13, p + -type InGa
AsP electrode layer (p-type impurity concentration 4 × 10 18 cm -3 , thickness
0.5 μm) 14 are sequentially grown. Next, on the growth surface, Si
An O 2 film is attached by a sputtering method, and a stripe-shaped SiO 2 mask 31 is formed by ordinary photolithography and a reactive dry etching method using a mixed gas of CF 4 and H 2.
To form. At this time, the width of the stripe is set to 2 μm so that the semiconductor laser has a single transverse mode.
【0026】図3は、第2導電形電極層の表面にストラ
イプ状のマスクを形成し、少なくとも第1導電形バッフ
ァ層までエッチングしてメサストライプを形成する第2
工程の後半部に対応する。すなわち、図2の状態に対し
て、C2H6とH2 の混合ガスを用いた反応性ドライエッ
チング法によりn形InP バッファ層11の途中までエ
ッチングし、InGaAsP 活性層12、p形InP クラ
ッド層13、p+形InGaAsP電極層14のメサストラ
イプを形成する。FIG. 3 shows a second conductive type electrode layer in which a stripe-shaped mask is formed and at least the first conductive type buffer layer is etched to form a mesa stripe.
Corresponds to the second half of the process. That is, with respect to the state of FIG. 2, the n-type InP buffer layer 11 is etched halfway by a reactive dry etching method using a mixed gas of C 2 H 6 and H 2 , and the InGaAsP active layer 12 and the p-type InP cladding layer are etched. A layer 13 and a mesa stripe of the p + -type InGaAsP electrode layer 14 are formed.
【0027】図4は、メサストライプを含む第1導電形
バッファ層の所定の範囲を残し、第1導電形バッファ層
の他の部分を除去する第3工程に対応する。すなわち、
図3の状態に対して、SiO2膜を全面に付け、同様のホ
トリソグラフィと反応性ドライエッチング法により、メ
サストライプの上部および側壁を含むn形InP バッフ
ァ層11上に、幅約50μmのストライプ状のSiO2マス
ク32を形成する。次に、C2H6とH2 の混合ガスを用
いた反応性ドライエッチング法により半絶縁性InP 基
板10までエッチングし、メサストライプを載せたn形
InP バッファ層11を島状に形成する。FIG. 4 corresponds to the third step of removing a part of the first conductivity type buffer layer while leaving a predetermined area of the first conductivity type buffer layer including the mesa stripe. That is,
With respect to the state of FIG. 3, a SiO 2 film is attached on the entire surface, and a stripe of about 50 μm width is formed on the n-type InP buffer layer 11 including the upper and side walls of the mesa stripe by the same photolithography and reactive dry etching method. Forming a SiO 2 mask 32. Next, the semi-insulating InP substrate 10 is etched by a reactive dry etching method using a mixed gas of C 2 H 6 and H 2 to form an n-type InP buffer layer 11 having a mesa stripe on it in an island shape.
【0028】図5は、メサストライプの周囲に高抵抗半
導体埋め込み層をメサストライプの上面まで埋め込む第
4工程に対応する。すなわち、図4の状態に対して、ま
ずメサストライプ上のSiO2マスク31を残してSiO2
マスク32を除去する。なお、メサストライプの上は、
SiO2マスク31,32が二重に厚くなっているので、
全面にわたりエッチングすればメサストライプ上のSi
O2マスク31を残すことができる。次に、このSiO2
マスク31を選択成長用マスクとして、メサストライプ
の両側の半絶縁性InP 基板10およびn形InP バッ
ファ層11上に、MOVPE法で鉄をドープした高抵抗
InP 埋め込み層15を埋め込む。FIG. 5 corresponds to the fourth step of burying a high resistance semiconductor burying layer around the mesa stripe up to the upper surface of the mesa stripe. That is, with respect to the state of FIG. 4, first, the SiO 2 mask 31 on the mesa stripe is left and the SiO 2 is removed.
The mask 32 is removed. In addition, on the mesa stripe,
Since the SiO 2 masks 31 and 32 are doubly thick,
If the entire surface is etched, Si on the mesa stripe
The O 2 mask 31 can be left. Next, this SiO 2
Using the mask 31 as a selective growth mask, the semi-insulating InP substrate 10 and the n-type InP buffer layer 11 on both sides of the mesa stripe are filled with a high-resistance InP buried layer 15 doped with iron by the MOVPE method.
【0029】図6は、第1導電形バッファ層が存在する
位置で、高抵抗半導体埋め込み層の上面から第1導電形
バッファ層までエッチングして溝を形成する第5工程に
対応する。すなわち、図5の状態に対して、まずSiO2
マスク31を除去し、改めて全面にSiO2膜33を付け
る。次に、n形InP バッファ層11にマイナス電極を
取り付ける位置の上のSiO2膜33に、同様のホトリソ
グラフィと反応性ドライエッチング法により窓を開け
る。次に、この窓の部分の高抵抗InP 埋め込み層15
をC2H6とH2 の混合ガスを用いた反応性ドライエッチ
ング法により、n形InP バッファ層11が露出するま
でエッチングして溝16を形成する。FIG. 6 corresponds to a fifth step of forming a groove by etching from the upper surface of the high resistance semiconductor burying layer to the first conductivity type buffer layer at the position where the first conductivity type buffer layer exists. That is, with respect to the state of FIG. 5, first SiO 2
The mask 31 is removed, and the SiO 2 film 33 is applied again on the entire surface. Next, a window is opened in the SiO 2 film 33 above the position where the negative electrode is attached to the n-type InP buffer layer 11 by the same photolithography and reactive dry etching method. Next, the high resistance InP burying layer 15 in this window portion is formed.
Is etched by a reactive dry etching method using a mixed gas of C 2 H 6 and H 2 until the n-type InP buffer layer 11 is exposed to form a groove 16.
【0030】図7は、メサストライプ上に第1の電極を
形成し、溝の底に露出した第1導電形バッファ層から高
抵抗半導体埋め込み層の上面まで引き出して第2の電極
を形成する第6工程の前半部に対応する。すなわち、図
6の状態に対して、まずSiO2 膜33を除去し、改め
て全面にSiO2膜21を付ける。次に、電極用の窓とし
てメサストライプ上と溝16の底のSiO2膜21を除去
し、それぞれp+形InGaAsP電極層14およびn形I
nP バッファ層11を露出させる。次に、n形InP バ
ッファ層11の上にAuGeNi 層17、p+形InGaAs
P電極層14の上にAuZnNi 層18をそれぞれリフト
オフ法と蒸着法により付け、420 ℃で約20秒間合金処理
を行う。In FIG. 7, a first electrode is formed on the mesa stripe and is drawn out from the first conductivity type buffer layer exposed at the bottom of the groove to the upper surface of the high resistance semiconductor burying layer to form the second electrode. Corresponds to the first half of 6 steps. That is, with respect to the state shown in FIG. 6, the SiO 2 film 33 is first removed, and the SiO 2 film 21 is applied again on the entire surface. Next, the SiO 2 film 21 on the mesa stripe and the bottom of the groove 16 is removed as a window for the electrode, and the p + type InGaAsP electrode layer 14 and the n type I are respectively formed.
The nP buffer layer 11 is exposed. Next, on the n-type InP buffer layer 11, an AuGeNi layer 17 and p + -type InGaAs are formed.
An AuZnNi layer 18 is applied on the P electrode layer 14 by a lift-off method and an evaporation method, respectively, and an alloy treatment is performed at 420 ° C. for about 20 seconds.
【0031】その後、ワイヤボンディング用の金属電極
として、図1に示すように、鍍金により金のマイナス電
極19をAuGeNi 層17からInP 埋め込み層15の
上面まで引き出すように形成し、プラス電極20をAu
ZnNi 層18の上に形成する。なお、レーザ共振器は
劈開により作製したが、ドライエッチングあるいはウェ
ットエッチングによってもよい。Thereafter, as a metal electrode for wire bonding, as shown in FIG. 1, a gold negative electrode 19 is formed by plating so as to extend from the AuGeNi layer 17 to the upper surface of the InP buried layer 15 and a positive electrode 20 is formed.
It is formed on the ZnNi layer 18. Although the laser resonator is produced by cleavage, it may be formed by dry etching or wet etching.
【0032】次に、図8〜図9を参照し、請求項3に対
応する半導体レーザの第2の製造方法について説明す
る。本製造方法は、第1の製造方法における第3工程ま
で、すなわち図4に示す状態を形成するまでと、第6工
程すなわち図7に示す状態を形成する以降は同じ工程で
ある。Next, with reference to FIGS. 8 to 9, a second method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 3 will be described. This manufacturing method is the same step up to the third step in the first manufacturing method, that is, until the state shown in FIG. 4 is formed, and after the sixth step, that is, the state shown in FIG. 7 is formed.
【0033】図8は、メサストライプから離れた第1導
電形バッファ層上に、高抵抗半導体埋め込み層の成長を
阻止するマスクを形成する第4工程に対応する。すなわ
ち、図4の状態に対して、n形InP バッファ層11の
上にストライプ状にSiO2マスク32を残し、かつメサ
ストライプ上のSiO2マスク31を残すように、同様の
ホトリソグラフィと反応性ドライエッチング法によりS
iO2マスク32をエッチングする。FIG. 8 corresponds to the fourth step of forming a mask for preventing the growth of the high resistance semiconductor burying layer on the first conductivity type buffer layer away from the mesa stripe. That is, with respect to the state of FIG. 4, the same photolithography and reactivity are used so that the stripe-shaped SiO 2 mask 32 is left on the n-type InP buffer layer 11 and the SiO 2 mask 31 on the mesa stripe is left. S by dry etching method
The iO 2 mask 32 is etched.
【0034】図9は、メサストライプおよび第1導電形
バッファ層の上のマスクを選択成長マスクとして、高抵
抗半導体埋め込み層をメサストライプの上面まで埋め込
む第5工程に対応する。すなわち、図8の状態に対し
て、メサストライプ上のSiO2マスク31およびストラ
イプ状のSiO2マスク32を選択成長用マスクとして、
MOVPE法で鉄をドープした高抵抗InP 埋め込み層
15を埋め込む。このとき、ストライプ状のSiO2マス
ク32の上には結晶は成長せず、MOVPE法の特性で
角度約70度の方向に開いた成長が進む。したがって、図
に示すような形状の溝16が形成される。FIG. 9 corresponds to the fifth step of filling the high resistance semiconductor burying layer to the upper surface of the mesa stripe using the mask on the mesa stripe and the first conductivity type buffer layer as a selective growth mask. That is, with respect to the state of FIG. 8, the SiO 2 mask 31 on the mesa stripe and the stripe-shaped SiO 2 mask 32 are used as masks for selective growth.
A high resistance InP buried layer 15 doped with iron is buried by the MOVPE method. At this time, no crystal grows on the stripe-shaped SiO 2 mask 32, and the open growth proceeds in the direction of an angle of about 70 degrees due to the characteristics of the MOVPE method. Therefore, the groove 16 having a shape as shown in the drawing is formed.
【0035】次に、SiO2マスク31,32を除去し、
改めて全面にSiO2膜21を付ける。以降は、図7に示
す第1の製造方法における第6工程に移り、同様の方法
により電極を形成して図1に示す構造を完成させる。Next, the SiO 2 masks 31 and 32 are removed,
The SiO 2 film 21 is again attached to the entire surface. After that, the process moves to the sixth step in the first manufacturing method shown in FIG. 7, and electrodes are formed by the same method to complete the structure shown in FIG.
【0036】第1の製造方法と第2の製造方法の違い
は、マイナス電極を形成する工程の違いにある。すなわ
ち、第1の製造方法は、高抵抗InP 埋め込み層15を
メサストライプの周囲に成長させた後に、マイナス電極
を取り出すために高抵抗InP埋め込み層15の上から
エッチングを行い、n形InP バッファ層11を露出さ
せていた。第2の製造方法は、n形InP バッファ層1
1の上に、マイナス電極を形成する部分を避けて高抵抗
InP 埋め込み層15を成長させる方法であり、高抵抗
InP 埋め込み層15のエッチング工程が不要になる利
点がある。The difference between the first manufacturing method and the second manufacturing method lies in the step of forming the negative electrode. That is, in the first manufacturing method, after growing the high resistance InP buried layer 15 around the mesa stripe, etching is performed from above the high resistance InP buried layer 15 to take out the negative electrode, and the n-type InP buffer layer is formed. 11 was exposed. The second manufacturing method is the n-type InP buffer layer 1
This is a method of growing the high resistance InP buried layer 15 on the substrate 1 while avoiding the portion where the negative electrode is formed, and has an advantage that the etching step of the high resistance InP buried layer 15 is not necessary.
【0037】ここで、本実施例の半導体レーザの特性例
を示す。レーザは、発振閾値10mAで発振し、 100mA
の電流に対して片面からの光出力30mWを得た。素子抵
抗は閾値付近において5〜7Ω、素子容量は 0.3〜0.6
pFであり、通常の埋め込み構造レーザに比較して約1
/2〜1/3になった。これは、半絶縁性基板を用い、
メサストライプを介して一方にプラス電極、他方にマイ
ナス電極を形成することにより、電極間の容量がほぼ活
性層とp形クラッド層との接合容量だけになったためと
考えられる。このレーザの3dB変調帯域は20GHzであ
り、超高速変調が可能であった。Here, an example of characteristics of the semiconductor laser of this embodiment will be shown. The laser oscillates at an oscillation threshold of 10 mA and reaches 100 mA.
A light output of 30 mW from one side was obtained for the current of. Element resistance is 5 to 7Ω near the threshold, and element capacitance is 0.3 to 0.6.
pF, which is about 1 as compared with a normal buried structure laser.
/ 2-1 / 3. It uses a semi-insulating substrate,
It is considered that by forming the plus electrode on one side and the minus electrode on the other side through the mesa stripe, the capacitance between the electrodes was almost the junction capacitance between the active layer and the p-type cladding layer. The 3 dB modulation band of this laser was 20 GHz, and ultra-high speed modulation was possible.
【0038】なお、実施例では、InGaAsP/InP系
ダブルヘテロ構造半導体レーザを示したが、材料はこれ
に限定されるものではなく、InGaAs/InAlAs系、
GaAs/AlGaAs系でもよい。また、活性層として
は、他にMQW構造、SCH構造、DFB構造、歪超格
子構造でもよい。また、p形とn形を逆にしてもよい。
また、実施例ではマスク材料としてSiO2を用いたが、
他の誘電体薄膜のSiN2、TiO2等を用いてもよい。In the example, the InGaAsP / InP double heterostructure semiconductor laser is shown, but the material is not limited to this, and InGaAs / InAlAs system,
A GaAs / AlGaAs system may be used. The active layer may have an MQW structure, an SCH structure, a DFB structure, or a strained superlattice structure. Further, the p-type and the n-type may be reversed.
Further, in the embodiment, SiO 2 is used as the mask material,
Other dielectric thin films such as SiN 2 and TiO 2 may be used.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体レ
ーザは、プラス電極とマイナス電極を同一面上から取り
出すことができるので、高速動作を可能にするフリップ
チップ実装に適合した構造とすることができる。また、
半絶縁性半導体基板上に形成し、さらに2つの電極を同
一面上で電気的に絶縁して配置しているので、電極間に
発生する浮遊容量が大幅に低減し、高速動作させること
ができる。As described above, in the semiconductor laser of the present invention, the positive electrode and the negative electrode can be taken out from the same plane, so that the structure is suitable for flip-chip mounting which enables high speed operation. You can Also,
Since it is formed on a semi-insulating semiconductor substrate, and two electrodes are electrically insulated from each other on the same surface, stray capacitance generated between the electrodes is significantly reduced and high-speed operation is possible. .
【図1】InGaAsP/InP系ダブルヘテロ構造半導体
レーザの実施例構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment configuration of an InGaAsP / InP-based double heterostructure semiconductor laser.
【図2】第1の製造方法の第1工程および第2工程の前
半部に対応する図。FIG. 2 is a view corresponding to the first half of the first step and the second step of the first manufacturing method.
【図3】第1の製造方法の第2工程の後半部に対応する
図。FIG. 3 is a diagram corresponding to the latter half of the second step of the first manufacturing method.
【図4】第1の製造方法の第3工程に対応する図。FIG. 4 is a diagram corresponding to the third step of the first manufacturing method.
【図5】第1の製造方法の第4工程に対応する図。FIG. 5 is a view corresponding to the fourth step of the first manufacturing method.
【図6】第1の製造方法の第5工程に対応する図。FIG. 6 is a diagram corresponding to a fifth step of the first manufacturing method.
【図7】第1の製造方法の第6工程の前半部に対応する
図。FIG. 7 is a view corresponding to the first half of the sixth step of the first manufacturing method.
【図8】第2の製造方法の第4工程に対応する図。FIG. 8 is a view corresponding to the fourth step of the second manufacturing method.
【図9】第2の製造方法の第5工程に対応する図。FIG. 9 is a diagram corresponding to a fifth step of the second manufacturing method.
【図10】従来の半導体レーザの構造を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a structure of a conventional semiconductor laser.
【図11】フリップチップ実装例を示す図。FIG. 11 is a view showing an example of flip chip mounting.
【図12】横接合ストライプ形(TJS)レーザの断面
構造を示す図。FIG. 12 is a diagram showing a cross-sectional structure of a lateral junction stripe type (TJS) laser.
【図13】埋め込み構造レーザの断面構造を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a cross-sectional structure of a buried structure laser.
10 半絶縁性InP基板 11 n形InPバッファ層 12 アンドープのInGaAsP活性層 13 p形InPクラッド層 14 p+形InGaAsP電極層 15 高抵抗InP埋め込み層 16 溝 17 AuGeNi 層 18 AuZnNi 層 19 マイナス電極 20 プラス電極 21 SiO2膜 31,32 SiO2マスク 33 SiO2膜10 semi-insulating InP substrate 11 n-type InP buffer layer 12 undoped InGaAsP active layer 13 p-type InP clad layer 14 p + type InGaAsP electrode layer 15 high resistance InP buried layer 16 groove 17 AuGeNi layer 18 AuZnNi layer 20 negative electrode 19 Electrode 21 SiO 2 film 31, 32 SiO 2 mask 33 SiO 2 film
Claims (3)
された第1導電形バッファ層と、 前記第1導電形バッファ層の上に形成された活性層、第
2導電形クラッド層、第2導電形電極層からなる積層体
のメサストライプと、 前記第1導電形バッファ層の一部を除いて、前記メサス
トライプの上面まで埋め込まれた高抵抗半導体埋め込み
層と、 前記メサストライプの上面に接続された第1の電極と、 前記高抵抗半導体埋め込み層にできた溝に露出している
前記第1導電形バッファ層から前記高抵抗半導体埋め込
み層の上面まで引き出された第2の電極とを備えたこと
を特徴とする半導体レーザ。1. A first conductivity type buffer layer formed in an island shape on a semi-insulating semiconductor substrate, an active layer formed on the first conductivity type buffer layer, and a second conductivity type clad layer. A mesa stripe of a laminated body composed of a second conductivity type electrode layer, a high resistance semiconductor buried layer buried up to the upper surface of the mesa stripe except a part of the first conductivity type buffer layer, and a mesa stripe of the mesa stripe. A first electrode connected to the upper surface, and a second electrode drawn from the first conductivity type buffer layer exposed in the groove formed in the high resistance semiconductor buried layer to the upper surface of the high resistance semiconductor buried layer And a semiconductor laser.
ファ層、活性層、第2導電形クラッド層、第2導電形電
極層を順次積層する第1工程と、 前記第2導電形電極層の表面にストライプ状のマスクを
形成し、少なくとも前記第1導電形バッファ層までエッ
チングしてメサストライプを形成する第2工程と、 前記メサストライプを含む前記第1導電形バッファ層の
所定の範囲を残し、前記第1導電形バッファ層の他の部
分を除去する第3工程と、 前記メサストライプの周囲に、高抵抗半導体埋め込み層
を前記メサストライプの上面まで埋め込む第4工程と、 前記第1導電形バッファ層が存在する位置で、前記高抵
抗半導体埋め込み層の上面から前記第1導電形バッファ
層までエッチングして溝を形成する第5工程と、 前記メサストライプ上に第1の電極を形成し、前記溝の
底に露出した前記第1導電形バッファ層から前記高抵抗
半導体埋め込み層の上面まで引き出して第2の電極を形
成する第6工程とを有することを特徴とする半導体レー
ザの製造方法。2. A first step of sequentially laminating a first conductivity type buffer layer, an active layer, a second conductivity type clad layer, and a second conductivity type electrode layer on a semi-insulating semiconductor substrate, and the second conductivity type electrode. A second step of forming a stripe-shaped mask on the surface of the layer and etching at least the first conductivity type buffer layer to form a mesa stripe; and a predetermined range of the first conductivity type buffer layer including the mesa stripe. And a third step of removing the other part of the first conductivity type buffer layer, a fourth step of burying a high resistance semiconductor burying layer up to the upper surface of the mesa stripe around the mesa stripe, and the first step. A fifth step of forming a groove by etching from the upper surface of the high resistance semiconductor burying layer to the first conductivity type buffer layer at a position where the conductivity type buffer layer exists, and on the mesa stripe. A sixth step of forming a first electrode and drawing it from the first conductivity type buffer layer exposed at the bottom of the groove to the upper surface of the high resistance semiconductor burying layer to form a second electrode. And a method for manufacturing a semiconductor laser.
ファ層、活性層、第2導電形クラッド層、第2導電形電
極層を順次積層する第1工程と、 前記第2導電形電極層の表面にストライプ状のマスクを
形成し、少なくとも前記第1導電形バッファ層までエッ
チングしてメサストライプを形成する第2工程と、 前記メサストライプを含む前記第1導電形バッファ層の
所定の範囲を残し、前記第1導電形バッファ層の他の部
分を除去する第3工程と、 前記メサストライプから離れた前記第1導電形バッファ
層上に、高抵抗半導体埋め込み層の成長を阻止するマス
クを形成する第4工程と、 前記メサストライプおよび前記第1導電形バッファ層の
上のマスクを選択成長マスクとして、高抵抗半導体埋め
込み層を前記メサストライプの上面まで埋め込む第5工
程と、 前記メサストライプ上に第1の電極を形成し、前記第1
導電形バッファ層から前記高抵抗半導体埋め込み層の上
面まで引き出して第2の電極を形成する第6工程とを有
することを特徴とする半導体レーザの製造方法。3. A first step of sequentially laminating a first conductivity type buffer layer, an active layer, a second conductivity type clad layer, and a second conductivity type electrode layer on a semi-insulating semiconductor substrate, and the second conductivity type electrode. A second step of forming a stripe-shaped mask on the surface of the layer and etching at least the first conductivity type buffer layer to form a mesa stripe; and a predetermined range of the first conductivity type buffer layer including the mesa stripe. And a third step of removing the other part of the first conductivity type buffer layer, and a mask for preventing the growth of the high resistance semiconductor burying layer on the first conductivity type buffer layer separated from the mesa stripe. A fourth step of forming, and using the mask on the mesa stripe and the buffer layer of the first conductivity type as a selective growth mask, a high resistance semiconductor burying layer is filled up to the upper surface of the mesa stripe. A non fifth step to form a first electrode on the mesa stripe, the first
A sixth step of forming a second electrode by drawing out from the conductivity type buffer layer to the upper surface of the high resistance semiconductor burying layer.
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