JPH098410A - 半導体発光素子及びその製造方法 - Google Patents

半導体発光素子及びその製造方法

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JPH098410A
JPH098410A JP15915795A JP15915795A JPH098410A JP H098410 A JPH098410 A JP H098410A JP 15915795 A JP15915795 A JP 15915795A JP 15915795 A JP15915795 A JP 15915795A JP H098410 A JPH098410 A JP H098410A
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JP
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layer
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stripe
resonator
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JP15915795A
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Takayuki Yamamoto
剛之 山本
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu 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
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1053Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction
    • H01S5/106Comprising an active region having a varying composition or cross-section in a specific direction varying thickness along the optical axis
    • 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
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2077Methods of obtaining the confinement using lateral bandgap control during growth, e.g. selective growth, mask induced

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  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 活性層をエッチングすることなくスポットサ
イズ変換器を集積する。 【構成】 2つの電流狭窄構造2に挟まれた溝内に共振
器となる活性層3があり,且つ該活性層と同一の層構造
が該電流狭窄層上にも存在し,且つ活性層の層厚が共振
器の途中から出射端に向かって漸減している半導体発光
素子,半導体基板1上にストライプ状マスク31を形成
する工程と,ストライプ状マスクの両側の基板をエッチ
ングしてメサを形成し,ストライプ状マスク31の両側
に電流狭窄構造2を基板の表面より高く成長する工程
と,ストライプ状マスクを除去して,電流狭窄構造に挟
まれて形成された溝を露出する工程と,溝の両側の電流
狭窄構造の上に溝を含みストライプ方向に対して開口幅
の一様でない開口部を有する選択成長用マスク32を形
成する工程と,活性層を選択成長用マスクの開口部に選
択的に成長する工程とを有する半導体発光素子の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体発光素子及びその
製造方法に係り, スポットサイズ変換器を集積した半導
体レーザに関する。
【0002】光ファイバ通信用に半導体レーザ, 特に変
調速度が 1 Gb/s 以下の低速での応用にはファブリペロ
ーレーザが用いられている。光ファイバ通信は1本のフ
ァイバで大容量の情報が送れることから,これまでの幹
線系から加入者系や光LAN等のネットワークに適用範
囲を広げていくことが望まれている。これを実現するた
めにはコストの低減が必須であり,送信モジュールにお
ける半導体レーザと光ファイバとの結合の困難さが大き
な問題となっている。そのために,スポットサイズ変換
器を共振器内に集積化したファブリペローレーザが光結
合を簡単化できる素子として期待されている。
【0003】
【従来の技術】上記のスポットサイズ変換器付きレーザ
の従来例として,レーザの出射端に向けて活性層の幅を
狭くしていく構造 (P.Doussuere et.al.,Appl.Phys.Let
t.,vol.64,pp.539-540, 1994.) や, 図5(A),(B) に示
されるように活性層 3の膜厚を出射端に向けて薄くした
構造 (H.Kobayashi et.al., IEEE Phton.Tech.Lett.,vo
l.6,pp.1080-1081, 1994.)がある。ここに,図5(A) は
横断面図, 図5(B) は共振器方向の断面図であり, 1 は
半導体基板, 2は電流狭窄構造, 3は活性層,4は上部ク
ラッド層, 5はコンタクト層である。
【0004】また, 図6(A) 〜(C) に示されるように,
活性層 3と1層以上の導波層61,62を設けて,出射端に
向けて共振器の途中で活性層 3, 屈折率の高い導波層61
等を順に除去し,出射端では屈折率の低い導波層62のみ
にする構造 (R.Ben-Michaelet.al., IEEE Phton. Tec
h.Lett.,vol.6,pp.1412-1414, 1994.; I.F.Lealman e
t.al., Electron. Lett.,vol.30,pp.857-859, 1994.)
がある。ここに,図6(A) は横断面図, 図6(B) は共振
器方向の断面図,図6(C) は平面図である。
【0005】これらのレーザはすべて埋め込み構造をと
っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上記の
従来例に示されるレーザを埋め込み構造にするために,
活性層をエッチングしてその側面を大気にさらす工程を
含むため,InAlGaAs系等の酸化されやすいAlを含む材料
系に適用することは不可能ではないが, 難しいという問
題があった。
【0007】本発明は電流狭窄構造を有し且つ活性層を
エッチングすることなくスポットサイズ変換器を集積化
できるレーザの提供を目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題の解決は, 1)2つの電流狭窄構造に挟まれた溝内に共振器となる
活性層があり,且つ該活性層と同一の層構造が該電流狭
窄層上にも存在し,且つ該活性層の層厚が共振器の途中
から出射端に向かって漸減している半導体発光素子,あ
るいは 2)半導体基板上にストライプ状マスクを形成する第1
工程と,該ストライプ状マスクの両側の該半導体基板を
エッチングしてメサ形状を形成し,該ストライプ状マス
クの両側に電流狭窄構造を該半導体基板の表面より高く
成長する第2工程と,該ストライプ状マスクを除去し
て,該電流狭窄構造に挟まれて形成された溝を露出する
第3工程と,該溝の両側の該電流狭窄構造の上に該溝を
含み該ストライプ方向に対して開口幅の一様でない開口
部を有する選択成長用マスクを形成する第4工程と,活
性層を該選択成長用マスクの開口部に選択的に成長する
第5工程とを有する半導体発光素子の製造方法,あるい
は 3)前記2)の第2工程に代えて,前記ストライプ状マ
スクの両側に電流狭窄構造を成長する工程を有する半導
体発光素子の製造方法により達成される。
【0009】
【作用】図1(A) 〜(E) は本発明の原理説明図である。
図1(A) は共振器方向に垂直な断面図, 図1(B) は平面
図, 図1(C) は共振器方向の断面図で左側がレーザ領域
で右側はスポットサイズ変換領域を示し, 図1(D) はレ
ーザ領域の共振器方向に垂直な断面図, 図1(E) はスポ
ットサイズ変換領域出射端の共振器方向に垂直な断面図
である。
【0010】図1(A),(B) に示されるように,活性層を
形成する前に,基板 1上に活性層を形成する部分の両側
に電流狭窄構造 2を作製し,電流を流す部分を溝状に形
成する。次いで,電流狭窄構造 2の上に共振器方向に膜
厚分布をつけることができる窓幅の変化する選択成長用
のマスク32を形成する。
【0011】図1(C) 〜(E) に示されるように, この上
に活性層 3及び上部クラッド層 4を成長することによ
り, 凹型に屈曲した活性層 3が形成され, その厚さは共
振器方向で出射端に向けて漸次薄くなる。
【0012】この素子構造では,電流狭窄構造 2の存在
により電流は溝の底の部分のみに流れこの部分だけがレ
ーザの発振に寄与し,導波路は出射端に向けて薄くなっ
ているため,回折の原理によりスポットサイズは大きく
なり,ファイバとの結合が容易になる。
【0013】従って, 本発明の構造をとることにより,
活性層をエッチングして大気にさらすことなく, 電流狭
窄構造を有し且つスポットサイズ変換器を集積化したレ
ーザを得ることができる。
【0014】本発明は,上記のように予め電流狭窄構造
を作製した上に, 一部が膜厚テーパになった活性層,及
びクラッド層の成長を行うため, 活性層をエッチングし
て大気にさらす工程がなくなり, 酸化されやすい材料系
に対しても適用できる。
【0015】
【実施例】図2(A) 〜(C) は本発明の実施例の説明図で
ある。図2(A) は共振器方向の断面図で,左側はレーザ
領域,活性層の膜厚がテーパになっている右側はスポッ
トサイズ変換領域である。図2(B) はレーザ領域の共振
器方向に垂直な面の断面図,図2(C) はスポットサイズ
変換領域の出射端における共振器方向に垂直な面の断面
図である。
【0016】図において,n-InP 基板 1上に形成したメ
サの両側に高抵抗InP 層からなる電流狭窄構造 2を設
け, その上に量子井戸活性層 3, p-InP クラッド層 4,p
-InGaAsP コンタクト層が形成された構造である。スポ
ットサイズ変換領域の活性層の層厚は平坦な利得領域に
対して出射端で 1/3になるように漸減している。
【0017】量子井戸活性層の層構造はどのような構造
でも可能であるが, 以下にその一例を示す。 n-InAlAs 50 nm InAlGaAs (λg = 1.1μm) SCH 層 100 nm InAlGaAs (λg = 1.1μm) 障壁層 10 nm× 6層 In0.737Al0.161Ga0.102As 井戸層 5 nm× 5層 InAlGaAs (λg = 1.1μm) SCH 層 100 nm p-InAlAs 50 nm ここに,λg は組成表示の波長である。
【0018】また, SCH は Separate Confinement Hete
rostructure の略で, 量子井戸構造は光閉じ込め係数が
小さいため,これを大きくするために量子井戸活性層を
挟んでその両側に設けられた光導波層である。
【0019】また,上記のように活性層はAlを含む材料
系に限られるものではなく,次にInGaAsP 系の活性層の
層構造を例示する。 InGaAsP (λg = 1.1μm) SCH 層 100 nm InGaAsP (λg = 1.1μm) 障壁層 10 nm× 6層 InGaAsP (λg = 1.35 μm) 井戸層 5 nm× 5層 InGaAsP (λg = 1.1μm) SCH 層 100 nm 次に, 図3(A) 〜(F) で本発明の製造工程の実施例を説
明する。
【0020】図3(A) において,先ず,n-InP 基板 1の
上に二酸化シリコン(SiO2)膜からなるストライプマスク
31を形成し,該基板を 1.5μmエッチングしてメサ形状
をつくる。エッチングはドライエッチングでもウエット
エッチングでもよい。
【0021】図3(B) において,同じストライプマスク
31を用いて, メサの両側に電流狭窄構造として高抵抗In
P 層 2をストライプマスクよりも 1μm高く成長する。
次いで, ストライプマスク31を除去すると, 高抵抗InP
層 2に挟まれた溝が形成されている。
【0022】図3(C),(D) において,高抵抗InP 層 2の
上に量子井戸活性層用の選択成長用SiO2マスク32を形成
する。このマスクは幅25μmの窓が途中から広がってい
き50μmまで広げた後, そこから先はマスクなしの形状
にする。
【0023】図3(E) において,この選択成長用SiO2
スク32を用いて, 前記の量子井戸活性層 3, p-InP クラ
ッド層 4, p-InGaAsP コンタクト層 5を成長する。この
成長により,出射端に向けて膜厚が漸減する活性層が溝
の中に形成される。
【0024】図3(F) において,選択成長用SiO2マスク
32を除去し,量子井戸活性層 3,p-InP クラッド層 4, p
-InGaAsP コンタクト層 5の露出面にSiO2保護膜 6を形
成し,電極形成部を開口して, p側電極 7, n側電極 8
を形成して素子化する。
【0025】上記の実施例では,活性層を形成する溝の
幅は一定としたが,膜厚を薄くする領域において溝幅を
広くしていくか, あるいは狭くしていく構造としてもよ
い。また,実施例では電流狭窄層として高抵抗層を用い
たが, 図4のようにp-InP層41,n-InP 層42からなるpn
接合による電流狭窄構造を用いてもよい。
【0026】また,実施例では電流狭窄構造の上に形成
したマスクを用いて量子井戸活性層,クラッド層,コン
タクト層まで成長しているが,これの代わりに量子井戸
活性層とクラッド層の一部のみを成長した後,マスクを
除去し,全面に残りのクラッド層とコンタクト層を成長
してもよい。
【0027】また,実施例ではストライプマスクを用い
て半導体基板をメサエッチングしたが,これを省略して
ストライプマスクの両側の半導体基板上に直接電流狭窄
構造を成長してもよい。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば,電流狭窄構造を有し且
つ活性層をエッチングすることなくスポットサイズ変換
器を集積化できるレーザが得られる。従って, 活性層が
エッチングにより酸化されることなく, スポットサイズ
変換領域を集積したレーザのすべての材料系に適用でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の実施例の説明図
【図3】 本発明の製造工程の実施例の説明図
【図4】 本発明の他の実施例の説明図
【図5】 従来例の説明図(1)
【図6】 従来例の説明図(2)
【符号の説明】
1 半導体基板でn-InP 基板 2 電流狭窄構造で高抵抗InP 層 3 量子井戸活性層 4 p-InP クラッド層 5 p-InGaAsP コンタクト層 6 保護膜で SiO2 膜 7 p側電極 8 n側電極 31 SiO2ストライプマスク 32 SiO2選択成長マスク

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2つの電流狭窄構造に挟まれた溝内に共
    振器となる活性層があり,且つ該活性層と同一の層構造
    が該電流狭窄層上にも存在し,且つ該活性層の層厚が共
    振器の途中から出射端に向かって漸減していることを特
    徴とする半導体発光素子。
  2. 【請求項2】 半導体基板上にストライプ状マスクを形
    成する第1工程と,該ストライプ状マスクの両側の該半
    導体基板をエッチングしてメサ形状を形成し,該ストラ
    イプ状マスクの両側に電流狭窄構造を該半導体基板の表
    面より高く成長する第2工程と,該ストライプ状マスク
    を除去して,該電流狭窄構造に挟まれて形成された溝を
    露出する第3工程と,該溝の両側の該電流狭窄構造の上
    に該溝を含み該ストライプ方向に対して開口幅の一様で
    ない開口部を有する選択成長用マスクを形成する第4工
    程と,活性層を該選択成長用マスクの開口部に選択的に
    成長する第5工程とを有することを特徴とする半導体発
    光素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2の第2工程に代えて,前記スト
    ライプ状マスクの両側に電流狭窄構造を成長する工程を
    有することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
JP15915795A 1995-06-26 1995-06-26 半導体発光素子及びその製造方法 Withdrawn JPH098410A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100406865B1 (ko) * 1999-11-04 2003-11-21 삼성전자주식회사 선택 영역 성장법을 이용한 2중 코아 스폿 사이즈 변환기및 그 제조방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5676620A (en) * 1979-11-28 1981-06-24 Kiyoshi Nagai Subminiature type crystal oscillator element

Patent Citations (1)

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