JPS5940317B2 - Rib guide stripe type semiconductor multilayer thin film optical waveguide and its manufacturing method - Google Patents

Rib guide stripe type semiconductor multilayer thin film optical waveguide and its manufacturing method

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JPS5940317B2
JPS5940317B2 JP9047376A JP9047376A JPS5940317B2 JP S5940317 B2 JPS5940317 B2 JP S5940317B2 JP 9047376 A JP9047376 A JP 9047376A JP 9047376 A JP9047376 A JP 9047376A JP S5940317 B2 JPS5940317 B2 JP S5940317B2
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plane
optical waveguide
active layer
stripe
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勇 佐久間
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ストライプ構造半導体多層薄膜光導波路構造
及びその製造方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a striped semiconductor multilayer thin film optical waveguide structure and a method for manufacturing the same.

一般に、多層エピタキシャル成長法により薄膜光導波路
を製作する場合、その構造は薄膜平面方向で一様となり
、平面内で一定の方向に一定の幅の光導波路構造を持た
せるには、ストライプ状のメサ型エッチングを行つたり
イオン注入を行ラ等の方法がとられていた。しかし、メ
サ構造では、光導波路の側面が直接空気に接し大きな屈
折率差を生じるため多モードの導波路となり易く、露出
した側面は劣化の原因となり勝である等の欠点があつた
。又、イオン注入によるものも、注入に伴う諸々のダメ
ージが存在し良好な結果を得るに至つていない。この問
題は、同じく多層薄膜構造をもつヘテロ構造半導体レー
ザにもあてはまる。ヘテロ構造半導体レーザの横モード
を制御しその特性を向上させるためには、ヘテロ平面内
に一定の方向と適当な幅をもつストライプ状導波路構造
を持たせることが必要である。本発明の目的は、このよ
うなストライプ状光導波路(本発明において光導波路と
は、単なる光導波路にとどまらず半導体レーザの活性層
をも範囲に含むものどする。
Generally, when manufacturing a thin film optical waveguide using the multilayer epitaxial growth method, the structure is uniform in the plane direction of the thin film, and in order to have an optical waveguide structure with a constant width in a constant direction within the plane, it is necessary to use a striped mesa type. Methods such as etching and ion implantation have been used. However, the mesa structure has drawbacks such as the side surfaces of the optical waveguide being in direct contact with the air and creating a large difference in refractive index, which tends to result in a multi-mode waveguide, and the exposed side surfaces causing deterioration. Further, even when using ion implantation, there are various damages associated with the implantation, and good results have not been obtained. This problem also applies to a heterostructure semiconductor laser having a multilayer thin film structure. In order to control the transverse mode of a heterostructure semiconductor laser and improve its characteristics, it is necessary to provide a striped waveguide structure with a constant direction and appropriate width within the heteroplane. The object of the present invention is to provide such a striped optical waveguide (in the present invention, the term "optical waveguide" includes not only a simple optical waveguide but also the active layer of a semiconductor laser).

)を基板結晶に一定の加工を施すことにより基板上に一
回のエピタキシヤル成長で成長せしめた多層薄膜中に自
動的に作り込む結晶成長法及びそれに適した構造を与え
ることにある。この発明によるストライプ状光導波路&
ζメサ型光導波路等と異なり、一回の多層エプタキシヤ
ル成長で製作することが出来るために製作が簡単であり
、劣化の恐れがなく、且つストライプ内外の実効的屈折
率差を製作パラメーターの選定により任意の値にするこ
とが出来るので低次モードの光伝播が可能となり、同時
にストライプエツジでの散乱損失が少ないなどの、多く
の利点を有する。
) is automatically formed into a multilayer thin film grown on a substrate in one epitaxial growth by subjecting the substrate crystal to a certain processing, and a structure suitable for the crystal growth method is provided. Striped optical waveguide according to this invention &
Unlike ζ mesa type optical waveguides, etc., it is easy to manufacture because it can be manufactured by one-time multilayer epitaxial growth, there is no risk of deterioration, and the effective refractive index difference between the inside and outside of the stripe can be adjusted by selecting the manufacturing parameters. Since it can be set to an arbitrary value, light propagation in a low-order mode becomes possible, and at the same time, it has many advantages, such as low scattering loss at stripe edges.

さて、以下従来例をまず検討することから始めよう。光
導波路として最も苛酷な要求を突きつけられるのは半導
体レーザであるといつてもよいので、以後の説明は半導
体レーザを例にとる力(本発明を限定するものではない
。半導体レーザの横モードの制御は、活性層に注入する
電流をストライプ状の特定領域に閉じ込めようとする試
み、すなわち電極ストライプ型が提唱されるに及んで初
めて実現された。
Now, let's start by considering the conventional example below. It can be said that the semiconductor laser is faced with the most severe requirements as an optical waveguide, so the following explanation will use the semiconductor laser as an example (this does not limit the present invention, but the transverse mode of the semiconductor laser) Control was first realized when an attempt was made to confine the current injected into the active layer to a specific striped region, that is, when an electrode stripe type was proposed.

その後、各種のストライプ構造が開発され現在に至つて
いるが、いずれもそれぞれの欠点を有し特性上不満足な
ものである。たとえば、電極ストライプ型等、単に電流
分布のみを規定した場合には、レーザ光は主として利得
分布によりストライプ方向に導かれる力(この利得によ
る導波路作用は不安定でもあり、容易に高次横モード発
振や多モード発振を起し、更にこれにより電流一光出力
特性が歪む場合も多い。
Since then, various striped structures have been developed and are still available today, but all of them have their own drawbacks and are unsatisfactory in terms of characteristics. For example, when only the current distribution is specified, such as with an electrode stripe type, the laser light is mainly guided by the force in the stripe direction due to the gain distribution (the waveguide effect due to this gain is also unstable, and easily leads to higher-order transverse modes). This causes oscillation and multi-mode oscillation, which often distorts the current-optical output characteristics.

そのため、導波路作用を構造的にレーザ素子の内部に作
り込んでこれらの欠点を修正しようとする試みが行われ
ている。いわゆる埋め込み型のストライプレーザもこう
した試みの一つと理解し得る。この型式では、ストライ
プ状の活性領域の周囲を高いバンドギヤツプ、低屈折率
の半導体で取り囲み、強い光導波路作用をもたせている
。その結果かなり良い成績を収めたものの、その一方で
屈折率差が必要以上に大きくならざるを得ず、ために、
ストライプ幅が1μm以内では基本モード発振するもの
の、それ以上のストライプ幅になると高次モードの混入
が避け難くなつていた。又、ストライプ幅が狭ければ当
然ながら光出力が数MW以下に制限されることはやむを
得ない事ではあるが、やはり出力が小さ過ぎる。更にこ
の構造を作るためには、メサエツチングをはさむ2回の
エピタキシヤル成長を行わねばならないという製造技術
上の大きな欠点を持つている。こうした埋め込み型の諸
々の欠点、小出力の問題等を改良する目的からは、リブ
ガイドストライプ型半導体レーザが提案されている。
Therefore, attempts have been made to correct these drawbacks by structurally creating a waveguide effect inside the laser element. The so-called embedded stripe laser can also be understood as one such attempt. In this type, a striped active region is surrounded by a semiconductor with a high bandgap and low refractive index, giving it a strong optical waveguide effect. Although the results were quite good, the refractive index difference was unnecessarily large;
Although fundamental mode oscillation occurs when the stripe width is less than 1 μm, when the stripe width becomes larger than that, it becomes difficult to avoid mixing of higher-order modes. Furthermore, if the stripe width is narrow, it is unavoidable that the optical output is limited to several MW or less, but the output is still too small. Furthermore, in order to create this structure, epitaxial growth must be performed twice with mesa etching in between, which is a major drawback in terms of manufacturing technology. A rib guide stripe type semiconductor laser has been proposed for the purpose of improving the various drawbacks and problems of low output of the buried type.

すなわち、この構造では、以下に述べるように活性層の
ストライプ状領域内の厚さをその外側より厚くすること
により、埋め込み型より弱い導波路作用をもたせ、より
広いストライプ幅でも基本モード発振し、したがつてよ
り大きな光出力を得ようとするものである。この議論は
、単なる光導波路の場合にも、全く同様にして適用し得
る。本発明に先行する従来技術としては、このリブガイ
ドストライプ型半導体レーザを挙げるべきであり、以下
まずこの型式の製作方法及び構造等について、その何処
を本発明で解決すべき力〜図面を用いて簡単に説明する
That is, in this structure, as described below, by making the striped region of the active layer thicker than the outside, it has a weaker waveguide effect than the buried type, and fundamental mode oscillation occurs even with a wider stripe width. Therefore, an attempt is made to obtain a larger optical output. This discussion can be applied in exactly the same way to the case of a simple optical waveguide. This rib guide stripe type semiconductor laser should be mentioned as the prior art prior to the present invention, and below, we will first discuss the manufacturing method and structure of this type, and explain what needs to be solved by the present invention using drawings. Explain briefly.

第1図は、その概略を示す見取図である。例えば、{1
00}面のn型GaAs基板2の上に、液相エピタキシ
ヤル法を用いて、n型・GaO.7A′0.3As層3
、p型GaAs活性層4を順次成長させる。
FIG. 1 is a sketch showing the outline thereof. For example, {1
00}-plane n-type GaAs substrate 2 using a liquid phase epitaxial method. 7A'0.3As layer 3
, p-type GaAs active layer 4 is grown in sequence.

ここで一旦成長をやめ、p型GaAs活性層4の表面に
〔011〕軸方向にストライプ状に伸びるフオトレジス
ト膜を設け、これを選択エツチング用のマスクとしてフ
オトレジスト膜の付いていない活性層部のみをエツチン
グし、成長した活性層厚よりわずかにその部分が薄くな
るようにする。こうして活性層自体にストライプ状のメ
サ形凸部が形成される。次にそのp型GaAs活性層4
の上に、再度液相エピタキシヤル成長法を用いて、p型
GaO.7A′0.,As層5、p型GaAs層6を成
長させる。続いてSiO,膜7を付け、活性層4のメサ
形凸部に一様に電流が流れるようにストライプ状電流域
9に相当する部分にSiO2の窓を設け、電極1,8を
取り付け、反射面10,11を臂開で形成して、リブガ
イドストライフ型半導体レーザ(第1図)が製作される
。この様に窓を設けられたSiO2膜7と電極8とは、
レーザ反射鏡面10,11に直交する方向に延在したス
トライプ状電流域9を形成するとともに、n型GaO.
7A′0.3AS層3とp型GaAs活性層とで構成さ
れるへゼロ接合部へ注入電流をストライプ状として供給
する。この半導体レーザに、順方向バイアス、すなわち
、電極1に負の電圧を印加し電極2VC正の電圧を印加
すると、ストライプ状電流域9を通して電流が流れこの
下の活性層4がレーザ発振する。この発振部の活性層厚
は、中心が厚くその外側部がわずかに薄くなつている。
叉、この活性層を上下から挾み込む結晶層は活性層より
も屈折率を小さく選んだGaO.7A′03AS層であ
る。活性層内の光は、活性層の厚さが幅方向で異なるた
め、その層厚が薄い所では厚い部分に比べて、第3層で
あるGaO.7A′0.3AS層の影響をより強く受け
易くなる。このことは、活性層の薄い部分の屈折率が、
その厚い所の屈折率に比らべて実効的に小さくなつたの
と等価である。すなわち、これが単なる光導波路である
としても活性層平面内に一定の方向と適当な幅をもつス
トライプ状導波路構造を設けたこととなる。例えばリブ
ガイドストライプ型半導体レーザに限つて考えれば、横
モード制御機能&ζ電極ストライプ型のように利得分布
に依存しなくなり、その結果、広範囲の注入電流レベル
にわたつて安定した基本モード発振でしかも大きい光出
力が簡単に得られ、従来の電極ストライプ型等の欠点が
大いに改良された。この点でこのリブガイドストライプ
型は画期的な提案であつたといえる。しかし、このリブ
ガイドストライプ型は製作が非常に複雑であり、かつ新
しい技術を必要とする点に問題がある。
At this point, the growth is temporarily stopped, and a photoresist film extending in a stripe shape in the [011] axis direction is provided on the surface of the p-type GaAs active layer 4, and this is used as a mask for selective etching to cover the active layer portions where no photoresist film is attached. The active layer is etched so that it is slightly thinner than the thickness of the grown active layer. In this way, striped mesa-shaped convex portions are formed in the active layer itself. Next, the p-type GaAs active layer 4
On top of the p-type GaO. 7A'0. , As layer 5, and p-type GaAs layer 6 are grown. Next, a SiO film 7 is applied, a SiO2 window is provided in the area corresponding to the striped current region 9 so that the current flows uniformly through the mesa-shaped convex part of the active layer 4, and the electrodes 1 and 8 are attached. A rib guide stripe type semiconductor laser (FIG. 1) is manufactured by forming the surfaces 10 and 11 with open arms. The SiO2 film 7 and electrode 8 provided with windows in this way are
A stripe-shaped current region 9 extending in a direction perpendicular to the laser reflecting mirror surfaces 10 and 11 is formed, and an n-type GaO.
7A'0.3 Injected current is supplied in the form of a stripe to the zero junction formed by the AS layer 3 and the p-type GaAs active layer. When this semiconductor laser is forward biased, that is, a negative voltage is applied to the electrode 1 and a positive voltage is applied to the electrode 2VC, a current flows through the striped current region 9 and the active layer 4 therebelow causes laser oscillation. The active layer thickness of this oscillation part is thick at the center and slightly thinner at the outer part.
The crystal layers sandwiching this active layer from above and below are made of GaO. This is the 7A'03AS layer. Since the thickness of the active layer differs in the width direction, light in the active layer is transmitted to the third layer of GaO. It becomes more susceptible to the influence of the 7A'0.3AS layer. This means that the refractive index of the thin part of the active layer is
This is equivalent to the fact that the refractive index is effectively smaller than the refractive index of the thicker part. That is, even if this is just an optical waveguide, a striped waveguide structure having a certain direction and an appropriate width is provided within the plane of the active layer. For example, if we consider only the rib guide stripe type semiconductor laser, it has a transverse mode control function and does not depend on the gain distribution like the ζ electrode stripe type, and as a result, it has stable fundamental mode oscillation over a wide range of injection current levels and is large. Light output can be easily obtained, and the drawbacks of the conventional electrode stripe type are greatly improved. In this respect, this rib guide stripe type can be said to be an innovative proposal. However, this rib guide stripe type has problems in that it is very complicated to manufacture and requires new technology.

特に、結晶成長工程を2回に分割して行わねばならない
点は、信頼性を著しく損う事実のあることが最近の高度
な実験的理論的な検証によ゛り明らかにされた。すなわ
ち、2回目の成長の際、1回目で成長させた活性層は、
第3層以後の2回目で成長させる層を成長開始するに先
立つて、長時間高温状態で水素雰囲気中に西されるため
、その表面層は熱分解によりAsが蒸発するなどして非
常に乱れた状態になる。そして、この乱れた結晶表面に
第3層以後の成長層を成長することになるため、成長層
は必然的に多数の格子フ欠陥を導入しつつ成長してしま
うこととなる。
In particular, recent advanced experimental and theoretical verification has revealed that the fact that the crystal growth process has to be carried out in two steps significantly impairs reliability. That is, during the second growth, the active layer grown in the first time is
Before starting the second growth layer after the third layer, the surface layer is exposed to a hydrogen atmosphere at a high temperature for a long time, so the surface layer becomes extremely disturbed due to evaporation of As due to thermal decomposition. state. Since the third and subsequent growth layers are grown on this disordered crystal surface, the growth layers inevitably grow while introducing a large number of lattice defects.

更に悪いことには、この時、既に成長し終えた活性層内
にも格子欠陥が発生することが確認されていることであ
る。そこで最近では、通常、こうした成長工程の直前に
乱れた結晶表面部を除去する手段、すなわちメルトバツ
ク工程が施されるようになつている。しかし、今議論し
ているリブガイドストライプ型の製造においては.活性
層に形成した凸部の形状を乱すことなくそれを忠実に保
つた状態で結晶層を種み重ねる必要があるたへ残念なが
らこのメルトバツク工程を施し得ない。換言すれば、こ
の従来のリブガイドストライプ型の製造方法では、格子
欠陥が発生するのを防止することは極めて困難であり、
この優秀な構造上のメリツトを生かし得ないでいた。こ
の発明の目的は、この従来のリブガイドストライプ型半
導体レーザ及びその製造方法が有している欠点を除去し
、信頼性が高く、かつ容易に実現し得る半導体レーザも
しくは光導波路の構造及びそれに最適な結晶成長方法を
提供−することにある。
What is worse is that it has been confirmed that lattice defects also occur in the already grown active layer at this time. Therefore, in recent years, a means for removing the disordered crystal surface portion, that is, a melt-back process, has generally been carried out immediately before such a growth process. However, in manufacturing the rib guide stripe type that we are currently discussing. Unfortunately, this melt-back process cannot be carried out because it is necessary to seed the crystal layers while faithfully maintaining the shape of the convex portions formed in the active layer without disturbing it. In other words, with this conventional rib guide stripe type manufacturing method, it is extremely difficult to prevent lattice defects from occurring.
This excellent structural merit could not be utilized. The purpose of the present invention is to eliminate the drawbacks of the conventional rib guide stripe type semiconductor laser and its manufacturing method, and to create a structure of a semiconductor laser or optical waveguide that is highly reliable and easily realized, and that is most suitable for the structure. The purpose of this invention is to provide a method for growing crystals.

この発明は、平坦面を有する活性層の層厚が発振領域の
幅方向に分布を持ち,発振領域の層厚が発振領域外側部
分の厚さに比らべて大きくなつている構造からなる半導
体レーザもしくは光導波路を得るために、基板結晶上に
一定の加工を施した後に結晶成長を行ない、結晶方位に
よる成長速度の差異を、ときとしてメルトバツク現象を
も含めて巧みに組み合せて成り立つている。
This invention relates to a semiconductor having a structure in which the thickness of the active layer having a flat surface is distributed in the width direction of the oscillation region, and the layer thickness of the oscillation region is larger than the thickness of the outer part of the oscillation region. In order to obtain a laser or an optical waveguide, the crystal is grown after a certain processing is performed on the substrate crystal, and the difference in growth rate depending on the crystal orientation is skillfully combined, sometimes including the meltback phenomenon.

この結果、本発明を製品である光導波路ないしは半導体
レーザの構造の特徴でとらえれば、次のようである。
As a result, if the present invention is understood from the characteristics of the structure of the optical waveguide or semiconductor laser as a product, it is as follows.

すなわち、光導波路ないしは半導体レーザの活性層から
見て、少くとも活性層を挟み込む隣接層よりも遠い結晶
界面である基板結晶表面にストライプ状に延在する凹状
の溝が残留している特徴を呈するリブガイドストライプ
型構造である。以下この発明のいくつかの実施態様につ
いて図面を参照して説明する。
That is, when viewed from the optical waveguide or the active layer of the semiconductor laser, it exhibits the characteristic that concave grooves extending in a stripe form remain on the substrate crystal surface, which is at least a crystal interface that is further away than the adjacent layers sandwiching the active layer. It has a rib guide stripe type structure. Some embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図及び第3図はこの発明の概念を説明するためのも
のであり、それぞれ基板結晶及び多層成長層の概念を示
す図である。
FIGS. 2 and 3 are for explaining the concept of the present invention, and are diagrams showing the concepts of a substrate crystal and a multilayer growth layer, respectively.

第4図は、第2図及び第3図を用いて説明した概念に最
も近い実施態様を説明するもので、そうして出来たリブ
ガイドストライプ型半導体レーザの概略を示す図である
。たとえば第2図に示すように、表面14が(100)
面であるようなn型GaAs基板2に〔010方向に平
行な幅10μm1深さ2μm程度のストライプ状凹部1
2を選択的エツチングで形成する。
FIG. 4 explains an embodiment closest to the concept explained using FIGS. 2 and 3, and is a diagram schematically showing a rib guide stripe type semiconductor laser made in this way. For example, as shown in FIG. 2, the surface 14 is (100)
A striped recess 1 with a width of 10 μm and a depth of about 2 μm parallel to the 010 direction is formed on an n-type GaAs substrate 2 that is
2 is formed by selective etching.

この基板結晶2の上に液相エピタキシヤル法を用いて、
第3図及び第4図に示すように厚さ3μm(7)n型G
aO.7A′0.3As層3、厚さ1μm(7)p型G
aAs層4、厚さ1μmのp型GaO.7A′0.3A
S層5と最後に厚さ0.8μm(7)p型GaAs層6
を順次形成する。次にp型GaAs層6にSiO2膜7
を付け、ストライプ状電流域9を形成するために選択エ
ツチングによつて幅10μmのストライプ状窓を設ける
。この際、このストライプ状窓はストライプ状凹部12
の真上に、その長手方向と平行して延在してなる。電極
』及び8を全面に蒸着し、ストライプ状窓の長手方向に
垂直な反射面10及び11を璧開により形成して、本発
明の結晶成長法に独特のリブガイドストライプ型半導体
レーザの一実施態様が出来あがる。
Using a liquid phase epitaxial method on this substrate crystal 2,
As shown in Figures 3 and 4, the thickness is 3μm (7) n-type G
aO. 7A'0.3As layer 3, thickness 1μm (7) p-type G
aAs layer 4, 1 μm thick p-type GaO. 7A'0.3A
S layer 5 and finally p-type GaAs layer 6 with a thickness of 0.8 μm (7)
are formed sequentially. Next, the p-type GaAs layer 6 is covered with a SiO2 film 7.
A stripe-like window with a width of 10 μm is provided by selective etching to form a stripe-like current region 9. At this time, this striped window is formed by the striped recess 12.
It extends directly above and parallel to its longitudinal direction. A rib guide stripe type semiconductor laser unique to the crystal growth method of the present invention is realized by vapor-depositing electrodes 10 and 8 on the entire surface, and forming reflective surfaces 10 and 11 perpendicular to the longitudinal direction of the striped window by cracking. The form is completed.

単なる光導波路のときも電極等が不要なだけで、活性層
や基板の形状は全く同様である。本発明の原理を前記実
施態様を例にとつて説明すると以下のようである。
Even in the case of a simple optical waveguide, electrodes and the like are not required, and the shapes of the active layer and substrate are exactly the same. The principle of the present invention will be explained below by taking the above embodiment as an example.

第2図に示した基板GaAs2に形成すべき最初のスト
ライプ状凹部12は、{100}面14の〔010方向
と平行に位置する様にエツチングパターンを決め、例え
ばBr−CH3OH系エツチング液を用い選択的エツチ
ングを行つて形成するとよい。すると、ストライプ状凹
部12の両側面13には、{111}A面が現われメサ
形の凹部を呈する。このように、ストライプ状凹部は結
晶方位により選択的に強いエツチング作用を呈するエツ
チング液を用いることで、微細な精度の良い面方位を有
するものが簡.単に得られる。又、各構成面がある特定
の面方位を有するような形状に加工した基板結晶を用い
て結晶成長を行なうと、成長速度の結晶方位依存性が強
く現われる。この現象を巧みに利用するのが本発明であ
るといつてもよい。一般に、液相エピ・メキシヤル法に
おける成長速度の方位依存性は、{111}A面〉{1
00}面〉{111}B面の関係を呈する。故に、第2
図に示したような基板上に成長すると、第3図及び第4
図に示すようCフ に、メサ形凹部12上における成長厚(成長速度と説明
してもよい)aはメサ形凹部の両側面13が{111}
A面であることの影響をうけ、{100}基板面14の
成長厚(成長速度と説明してもよい)bより実効的に厚
く(速く)なり、成長が進み厚くなるにしたがい凹部の
幅をしだいにせばめながらその段差も徐々に縮まつてく
る。
The first stripe-shaped recesses 12 to be formed in the GaAs substrate 2 shown in FIG. It is preferable to perform selective etching. Then, {111}A planes appear on both side surfaces 13 of the striped recess 12, forming a mesa-shaped recess. In this way, by using an etching solution that selectively exhibits a strong etching effect depending on the crystal orientation, striped recesses can be easily formed with fine and highly accurate surface orientation. Simply obtained. Furthermore, when crystal growth is performed using a substrate crystal processed into a shape in which each constituent plane has a specific plane orientation, the growth rate becomes strongly dependent on the crystal orientation. It can be said that the present invention skillfully utilizes this phenomenon. Generally, the orientation dependence of the growth rate in the liquid phase epi-mexial method is {111}A-plane〉{1
00} plane>{111}B plane. Therefore, the second
When grown on a substrate like the one shown in the figure, Figures 3 and 4
As shown in FIG.
Influenced by the fact that it is the A-plane, it becomes effectively thicker (faster) than the growth thickness b (which may be described as the growth rate) of the {100} substrate surface 14, and as the growth progresses and becomes thicker, the width of the recess increases. The difference in height gradually narrows as the area gradually narrows.

そして、ある成長厚まで達すると凹部は完全にうまり、
その表面も平坦になる。このような現象は、液相エピタ
キシヤル成長法では良く見られる特徴的な性質で、その
理由は上記したような理論で説明される。本発明は、こ
の現象を積極的に巧みに応用する事で課題を解決した。
すなわち、第1層の成長は、基板に最初加工した凹部の
痕跡がその表面にわずかに残る時点でとどめ、続いて活
性層の成長を行ないその表面が平坦になるようにする。
こうすると、得られる活性層は基板凹部の真上領域にお
いてわずかに厚く、その外側部が薄くなる。この活性層
自体の構造は、従来のリブガイドストライプ型半導体レ
ーザの構造と基本的に同じであるが、活性層の形状をこ
うするに伴う周辺構造に本発明の特徴が現われる。もち
ろん、単なる光導波路についても全く同様である。本発
明によれば、従来の製作方法のように液相エピタキシヤ
ル成長工程を二分割する必要がなくなり、一度の連続成
長でリブガイドストライプ型構造が得られ、更に製作工
程が簡単になることから当然ながら結晶成長及びプロセ
ス中において劣化の要因となる欠陥の発生を誘起する機
会が少なくなる。
When a certain growth thickness is reached, the recess is completely filled.
Its surface also becomes flat. Such a phenomenon is a characteristic property often observed in liquid phase epitaxial growth, and the reason for this is explained by the above-mentioned theory. The present invention has solved the problem by proactively and skillfully applying this phenomenon.
That is, the growth of the first layer is stopped at a time when traces of the recesses initially formed in the substrate remain on the surface of the substrate, and then the active layer is grown so that the surface becomes flat.
In this way, the resulting active layer is slightly thicker in the region directly above the substrate recess and thinner in its outer regions. The structure of this active layer itself is basically the same as that of a conventional rib-guide stripe type semiconductor laser, but the features of the present invention appear in the peripheral structure that accompanies the shape of the active layer. Of course, the same applies to a simple optical waveguide. According to the present invention, there is no need to divide the liquid phase epitaxial growth process into two as in the conventional manufacturing method, and a rib guide stripe type structure can be obtained with one continuous growth, further simplifying the manufacturing process. Naturally, during crystal growth and processes, there is less chance of inducing defects that cause deterioration.

その結果、長寿命化、信頼性及び再現性の向上をもたら
丁。以上リブガイド型半導体レーザのストライプ部とそ
の製造方法を例に本発明を詳述した八本発明による結晶
成長法は、一般の半導体結晶多層薄膜内にストライプ状
の光導波路を製作するのに役立つ。
The result is longer service life, improved reliability and reproducibility. The present invention has been described in detail above using the striped portion of a rib-guided semiconductor laser and its manufacturing method as an example.The crystal growth method according to the present invention is useful for manufacturing a striped optical waveguide in a general semiconductor crystal multilayer thin film.

この方法によると、ストライプ内部と外部の光導波層の
厚さの割合を任意に調節出来、これによりストライプ内
外の実効屈折率の差を望みの低次横モードだけが伝播し
得る値にえらぶことが出来る。特に(GaA′)As多
層薄膜等の化合物半導体を用いる場合に本発明は最適で
あり、結晶方向による選択エツチングと結晶成長速度の
相異をたくみに利用してこの目的を達することが出来る
。特に本発明によれば、あらかじめ基板に加工をほどこ
しておけば、多層エピタキシヤル成長そのものは殆んど
通常の手法のままで、光導波路構造を多層薄膜の中に組
み込むことが出来る点が大きな利点である。すなわち6
製作の容易さ、高い信頼性が期待される。又、本発明は
液相エピタキシヤル法のみならず、気相エピタキシヤル
法や分子線エピタキシヤル法i等に適用してもまつたく
同様な効果が得られる。
According to this method, the ratio of the thickness of the optical waveguide layer inside and outside the stripe can be adjusted arbitrarily, and thereby the difference in effective refractive index inside and outside the stripe can be selected to a value that allows only the desired low-order transverse mode to propagate. I can do it. The present invention is particularly suitable when using a compound semiconductor such as a (GaA')As multilayer thin film, and can achieve this purpose by skillfully utilizing selective etching depending on the crystal direction and differences in crystal growth rate. In particular, according to the present invention, a major advantage is that if the substrate is processed in advance, the optical waveguide structure can be incorporated into the multilayer thin film while the multilayer epitaxial growth itself is almost the same as the usual method. It is. That is 6
Expected to be easy to manufacture and highly reliable. Furthermore, the present invention can be applied not only to the liquid phase epitaxial method but also to the gas phase epitaxial method, the molecular beam epitaxial method, etc., and the same effects can be obtained.

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

第1図は、従来のリブガイドストライプ型半導体レーザ
の概略斜視図を、第2図は本発明の結晶成長に用いる基
板結晶一汐uを示す概略斜視図を、第3図は本発明を適
用した時に得られる成長層の一例を示す概略斜視図を、
第4図は本発明による一実施例であるリブガイドストラ
イプ型半導体レーザの概略斜視図をそれぞれ示す。 図面において、1,8・・・電歌2・・・n型GaAs
基板、3・・・n型GaA′As層、4゜゜・GaAs
活性層、5・・・p型GaA′As層、6・・・p型G
aAs層、7・・・SlO2膜、9・・・ストライプ状
電流域、10,11・・・レーザ反射鏡面、12・・・
〔011〕方向のストライプ状凸部、13・・・(11
1)A面、14・・・基板結晶の(100)面、a・・
・〔01′T)方向のストライプ状凹部の成長層厚、b
・・・(100)面の成長層厚をそれぞれ示す。
Fig. 1 is a schematic perspective view of a conventional rib guide stripe type semiconductor laser, Fig. 2 is a schematic perspective view showing the substrate crystal size u used for crystal growth of the present invention, and Fig. 3 is a schematic perspective view of a conventional rib guide stripe type semiconductor laser. A schematic perspective view showing an example of a grown layer obtained when
FIG. 4 shows a schematic perspective view of a rib guide stripe type semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. In the drawings, 1, 8... Denka 2... n-type GaAs
Substrate, 3... n-type GaA'As layer, 4°・GaAs
Active layer, 5... p-type GaA'As layer, 6... p-type G
aAs layer, 7... SlO2 film, 9... Striped current area, 10, 11... Laser reflecting mirror surface, 12...
Striped convex portions in the [011] direction, 13...(11
1) A plane, 14... (100) plane of substrate crystal, a...
・Growth layer thickness of striped recesses in [01'T) direction, b
...The growth layer thickness of the (100) plane is shown.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 平坦面を有する活性層中にあつて導波路を構成する
ストライプ領域の厚さを、ストライプ領域外側部分の厚
さに比らべて厚くする、リブガイドストライプ型半導体
多層薄膜光導波路であつて、活性層から見て少くとも活
性層を挾み込む結晶層よりも遠い結晶界面である基板結
晶界面にストライプ状に延在する凹部が設けられている
ことを特徴として具備するリブガイドストライプ型半導
体多層薄膜光導波路。 2 母材結晶が閃亜鉛鉱形の結晶構造であり基板結晶表
面として表われる主平曲として{100}面を選び、<
011>軸方向に延在するストライプ状凹部の両側面と
して{111}A面もしくは{111}B面が現われて
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のリブ
ガイドストライプ型半導体多層薄膜光導波路。 3 平坦面を有する活性層中にあつて光導波路を構成す
るストライプ領域の厚さを、ストライプ領域外側部分の
厚さに比らべて厚くする、リブガイドストライプ型半導
体多層薄膜光導波路の製造方法であつて、ストライプ状
に延在する凹部をあらかじめその表面に設けた基板結晶
を用意し、この基板結晶上に、少なくとも、活性層を挾
み込む第1の結晶層、活性層、活性層を挾み込む第2の
結晶層を順次積層し、その際結晶成長速度の結晶方位依
存性を利用して前記活性層の構成を得ることを特徴とす
るリブガイドストライプ型半導体多層薄膜光導波路の製
造方法。 4 閃亜鉛鉱形の結晶構造を有する半導体基板の主平面
が{100}面となるように調整し、この主平面に<0
11>軸方向に延在し底面が{100}面、両側面が{
111}A面もしくは{111}B面となるようにスト
ライプ状凹部を選択性エッチングにより形成し、更に多
層エピタキシヤル積層を重ねるに、{111}A面上の
結晶成長速度が{100}上の結晶成長速度よりも大き
いことを利用する特許請求の範囲第3項記載のリブガイ
ドストライプ型半導体多層薄膜光導波路の製造方法。
[Claims] 1. A rib-guided stripe type semiconductor multilayer in which the thickness of the striped region constituting the waveguide is thicker than the thickness of the outer part of the striped region in an active layer having a flat surface. A thin film optical waveguide, characterized in that a concave portion extending in a stripe shape is provided at a substrate crystal interface, which is a crystal interface farther from an active layer than at least a crystal layer sandwiching the active layer. Rib guide stripe type semiconductor multilayer thin film optical waveguide. 2 The base material crystal has a zincblende crystal structure, and the {100} plane is selected as the principal plane curve that appears as the substrate crystal surface, and <
011> The rib guide stripe type semiconductor multilayer according to claim 1, characterized in that {111}A plane or {111}B plane appears as both side surfaces of the stripe-shaped recess extending in the axial direction. Thin film optical waveguide. 3. A method for manufacturing a rib-guide stripe type semiconductor multilayer thin film optical waveguide, in which the thickness of the stripe region constituting the optical waveguide in the active layer having a flat surface is made thicker than the thickness of the outer part of the stripe region. A substrate crystal whose surface is preliminarily provided with concave portions extending in a stripe shape is prepared, and at least a first crystal layer sandwiching an active layer, an active layer, and an active layer are formed on the substrate crystal. Manufacture of a rib guide stripe type semiconductor multilayer thin film optical waveguide, characterized in that the configuration of the active layer is obtained by sequentially stacking intervening second crystal layers, and at this time, the dependence of crystal growth rate on crystal orientation is obtained. Method. 4 Adjust the main plane of a semiconductor substrate having a zincblende crystal structure to be a {100} plane, and
11> Extends in the axial direction, the bottom is {100} plane, and both sides are {100} plane.
When stripe-shaped recesses are formed by selective etching so as to be on the {111}A plane or the {111}B plane, and multilayer epitaxial stacking is further repeated, the crystal growth rate on the {111}A plane becomes higher than that on the {100} plane. 4. A method for manufacturing a rib guide stripe type semiconductor multilayer thin film optical waveguide according to claim 3, which utilizes the fact that the rate is higher than the crystal growth rate.
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