JPS6066484A - Manufacture of semiconductor laser device - Google Patents

Manufacture of semiconductor laser device

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Publication number
JPS6066484A
JPS6066484A JP17428683A JP17428683A JPS6066484A JP S6066484 A JPS6066484 A JP S6066484A JP 17428683 A JP17428683 A JP 17428683A JP 17428683 A JP17428683 A JP 17428683A JP S6066484 A JPS6066484 A JP S6066484A
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JP
Japan
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layer
current blocking
blocking layer
optical waveguide
laser
Prior art date
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Application number
JP17428683A
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Japanese (ja)
Inventor
Masasue Okajima
岡島 正季
Naoto Mogi
茂木 直人
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPS6066484A publication Critical patent/JPS6066484A/en
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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
    • H01S5/20Structure 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
    • H01S5/24Structure 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 having a grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser

Abstract

PURPOSE:To reduce optical output fluctuation due to reflecting light and improve mass productivity by a method wherein a current blocking layer is provided on an optical guide layer to perform current strangulation and lateral mode control simultaneously in the horizontal direction on the junction surface while periodical irregularities are provided on the optical guide layer to form a diffraction grid. CONSTITUTION:A clad layer 2, an undope active layer 3, an optical guide layer 4 and a current blocking layer 5 are successively grown to be formed on an N- GaAs substrate 1. Firstly the current blocking layer 5 is coated with photoresist which is exposed to form a stripe pattern. Secondly the current blocking layer 5 is etched utilizing the photoresist as a mask to form periodical irregularities 12 on the current blocking layer 5. Successively, a striped groove 11 is formed on the current blocking layer 5 utilizing the photoresit as a mask in the direction wherein said periodical irregularities intersect at right angles in the direction of stripe. Finally, the photoresist is removed and a clad layer 6 and a contact layer 7 are successively grown to be formed on overall surface. Later the contact layer 7 is coated with an electrode 8 while the lower surface of the substrate 1 is also coated with another electrode.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の屈する技術分野〕 本発明は、利得導波路構造及び屈折率導波路構造の双方
を備えた、分布帰還型半導体レーザ装置及びその製造方
法の改良に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical field to which the invention pertains] The present invention relates to an improvement in a distributed feedback semiconductor laser device having both a gain waveguide structure and a refractive index waveguide structure, and a method for manufacturing the same.

〔従来技術とその問題点] ディジタル・オーディオ・ナイスク(1)At))、ビ
デオ・ディスク、ドキュメント・ファイル等の光ティス
フ装置や光通信用光源として半導体レーザが広く使われ
るに至っている。その中で、半導体レーザ内に構成さノ
また光導波路中に、周期的な凹凸を設けて回折格子が形
成され、これによる光の帰還効果を利用してレーザ共J
辰器を形成した、いわゆる分布ジ1i還型半導体レーザ
(1)istributedFeedback : D
F”13 レーザ)(ま、安定な弔−縦モードで発振す
るため、温度変化に伴って牛じる縦モードホッピング現
象が起こらないことから、通常の)rブリペロー型半導
体レーザに見られる七−ドホッピングノイズがなく、’
l′fに高周波雑音レベルの低い仁とが請求されるピテ
オディスク用光源としてすぐれている。また、I)Ii
’ 13レーリ“は、発振波長の温度変化が小さいこと
、回折格子の周期を変えることによって発揚波長を選択
できるなどのすぐれた特性があり、光通信用光源として
、シングルモードファイバによる元の長距離伝送や、波
長多重による大容景通信といった目的にも適している。
[Prior Art and its Problems] Semiconductor lasers have come to be widely used as light sources for optical optical devices and optical communications such as digital audio discs (1) At)), video disks, document files, etc. Among them, a diffraction grating is formed by providing periodic irregularities in the semiconductor laser and in the optical waveguide, and the laser beam can be
A so-called distributed di-reduction semiconductor laser that forms a dragonfly (1) distributedFeedback: D
F"13 laser) (Well, since it oscillates in a stable longitudinal mode, the longitudinal mode hopping phenomenon that occurs due to temperature changes does not occur, so it is the same as that seen in normal) R Briperot type semiconductor lasers. No hopping noise,
This light source is excellent as a light source for piteo disks, which require a low high-frequency noise level in l'f. Also, I)Ii
'13 Rayleigh' has excellent characteristics such as small temperature change in the oscillation wavelength and the ability to select the emission wavelength by changing the period of the diffraction grating. It is also suitable for purposes such as transmission and large-scale communication using wavelength multiplexing.

ところで光デイスク用レーザとしては、第1にレーザ光
を直径1μm程度の微小スポットに結像できるより最低
次atモードで安定に発振させる必要があり、これには
接合面に水平方向の横モードを基本モードに安定化し、
レーザ光の非点収差が小さい作り付は導波路構造が有効
である。また、第2に出射されたレーザ光が光ティスフ
面上や光学部品の表面によって反射され、一部がレーザ
端面に戻りレーザ発振が不安定になることによって生じ
る戻シ光ノイズが極力小さいものである必要がある。
By the way, as a laser for optical disks, firstly, it is necessary to stably oscillate the laser beam in the lowest order AT mode, which is better than focusing the laser beam on a minute spot with a diameter of about 1 μm. Stabilizes to basic mode,
A waveguide structure is effective for building a laser beam with small astigmatism. In addition, the second emitted laser beam is reflected by the optical surface or the surface of the optical component, and a portion of the laser beam returns to the laser end face, making laser oscillation unstable, and the reflected light noise is minimized. There needs to be.

従来、作り付は導波路構造によって横モードを制御した
1)FBレーザとしては、いわゆる埋め込み構造のもの
がもっけら使用されていた。埋め込み構造のDF13レ
ーザは、接合面に水平方向と垂直方向との仮想的な光源
位置を示す非点収差が非常に小きいことが確められたが
、このレーザを光デイスク用光源として用いたところ、
可干渉性が強すきるため可干渉効果によって生じる戻り
光ノイズが大きく、使いにくいレーザであることが判明
した。一方、光デイスク装置や、光通通信システLをは
じめとする情報機器は、今後まずます広く普及してゆく
ことが予想され、半導体レーザの量産化技術が必要とな
っている。従来、半導体レーザ用の薄膜多層へゾロ接合
結晶製作技術としては、スライディング・ボート方式に
よる液相エピタキシャル成長法(LPE法)が用いられ
ているが、LPE法ではウェハ面積の大型化に限度があ
る。このため、大面JYtで均−性及び制御性に浸れた
有機金属気相成投法(MOCVD法)や分子#Jj! 
エピタキシー法(FvlBB法)等の結晶成畏技術が注
目されている。
Conventionally, 1) FB lasers in which the transverse mode is controlled by a built-in waveguide structure have been mainly used with a so-called buried structure. It has been confirmed that the buried structure DF13 laser has very small astigmatism, which indicates the virtual light source position in the horizontal and vertical directions on the cemented surface, and this laser was used as a light source for optical disks. However,
It was found that the laser was difficult to use because the coherence was too strong, and the return light noise caused by the coherence effect was large. On the other hand, information devices such as optical disk devices and optical communication system L are expected to become more widespread in the future, and technology for mass production of semiconductor lasers is required. Conventionally, a liquid phase epitaxial growth method (LPE method) using a sliding boat method has been used as a technology for manufacturing a thin film multilayer ZO-junction crystal for semiconductor lasers, but the LPE method has a limit in increasing the wafer area. For this reason, the metal organic vapor deposition method (MOCVD method), which is characterized by uniformity and controllability, and the molecule #Jj!
Crystal growth techniques such as epitaxy method (FvlBB method) are attracting attention.

従来より、LPE法をベースとした半導体レーザの’t
A造は種々開発さ7tてさたが、MOCVJJ法やMD
I2法等とLPE法とでは結晶成長のメカニズムが異な
るため、MOCVD法やMBE法では1.PE法で製作
てきたレーザを七のま−ま製作することは辣しく、これ
らの成長技術の特徴音生かしたンーザ構造省開発が必要
となっている。実際、前述の埋め込み構造のレーザは、
MOCVD法やMBE法では作製することか困難であっ
た。
Conventionally, semiconductor lasers based on the LPE method have
Various A structures have been developed, including the MOCVJJ method and MD.
Since the crystal growth mechanism is different between I2 method etc. and LPE method, 1. It is difficult to manufacture lasers manufactured by the PE method in seven minutes, and it is necessary to develop a new laser structure that takes advantage of the characteristics of these growth technologies. In fact, the buried structure laser described above is
It was difficult to manufacture using the MOCVD method or the MBE method.

そこで、レーザ光の可干渉性が弱く戻り光による光出力
変動の小さい横モードの制御されたDFBレーザを、M
OCVD法やMBE法によって作製の可能な量産に適し
た構造によって実現することが望まれていた。
Therefore, we developed a DFB laser with controlled transverse mode in which the coherence of the laser beam is weak and the optical output fluctuation due to the return light is small.
It has been desired to realize a structure suitable for mass production that can be manufactured by OCVD or MBE.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、レーザ光のiJ干渉性が弱く戻り光に
よる光出力変動の小さい特性と、MOCVD法やMBE
法によって作製の可能な量産性の高い構造を有する横モ
ードの制御されたDFBレーザを提供することである。
The purpose of the present invention is to improve the characteristics of the laser beam with weak iJ coherence and small fluctuations in optical output due to return light, and to improve the characteristics of the MOCVD method and MBE
An object of the present invention is to provide a DFB laser with a controlled transverse mode, which has a highly mass-producible structure that can be manufactured by a method.

〔発明の概要〕 本発すjの骨子は、平坦に形成きれたit性層の上に形
成された光ガイド層」二に電流阻止層を設けて、接合面
に水平方向に関する電流狭窄と横モード制御を同時に行
なうことによって、利イq導波路溝造と屈折率導波路構
造の双方f:備えた構造を実現すると共に、上記電流阻
止層のない部分では、上記元ガイド層に周期的な凹凸を
設けて回折格子を形成し、DFB共振器を構成したこと
である。
[Summary of the Invention] The gist of the invention is to provide a current blocking layer on the optical guide layer formed on the flat IT layer, and to prevent current confinement in the horizontal direction and transverse mode at the bonding surface. By performing control at the same time, a structure having both an advantageous Q waveguide groove structure and a refractive index waveguide structure can be realized, and at the same time, in the part where the current blocking layer is not provided, periodic irregularities are formed in the original guide layer. was provided to form a diffraction grating and constitute a DFB resonator.

〔本発明の効果〕[Effects of the present invention]

本発明によれば、レーザブCの可干渉性が弱く戻り光に
よる光出力変動の小さい特性と、MOCVD法やMBE
 法によって作製の可能な量産性の高い構造を有する横
モードの制御されたDFBレーザが実現できる。これに
よって、光デイスク用光源に好適な特性を持つ半導体レ
ーザを、大計にかつ低価格に生産できる。
According to the present invention, the characteristics of Laserb C having weak coherence and small fluctuations in optical output due to returned light, and MOCVD and MBE
It is possible to realize a DFB laser with a controlled transverse mode, which has a highly mass-producible structure that can be manufactured by the method. As a result, semiconductor lasers having characteristics suitable for light sources for optical disks can be produced in large quantities and at low cost.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図に、本発明の半導体レーザ装置の一実施例を示す
。n−GaAsflj流阻止層5に設けられたストライ
プ状溝部分のp−GaAtAs光ガイド層4には、活性
層の発光波長帯の光を効率良く反射帰還する様な周期△
(△−1−λ(、/2neff 、 t=1 。
FIG. 1 shows an embodiment of a semiconductor laser device of the present invention. The p-GaAtAs optical guide layer 4 in the striped groove portion provided in the n-GaAsflj flow blocking layer 5 has a period △ that efficiently reflects and returns light in the emission wavelength band of the active layer.
(Δ-1-λ(, /2neff, t=1.

2.3.・・・ただし、λ。は自由空間での発光波長、
;’+ e f fは導波路の平均実効屈折率)で、凹
凸12が設けられ、DF13構造を形成している。p−
(JaAtAs光ガイド層は、クラット層よりも屈折率
を大きくしであるので、第1図tblに示ず株に、導波
路モード分布は光ガイド層中に十分広がり、効率の良い
△ 反射帰還が実現される。
2.3. ...However, λ. is the emission wavelength in free space,
;'+e f f is the average effective refractive index of the waveguide), and the unevenness 12 is provided to form a DF13 structure. p-
(Since the JaAtAs light guide layer has a larger refractive index than the crat layer, the waveguide mode distribution is sufficiently spread in the light guide layer, which is not shown in Figure 1), allowing efficient reflection feedback. Realized.

第1図に示す構造のレーザにおいては、活性層への電流
注入は電流阻止層が除去されたストライプ部を通して行
われる。これはストライプ部の両側においてはPNPN
接合となっ−Cいるため、十分に高い順方向電圧を印加
しない限りストライプ部両側には”電流が流れないから
である。また、活性層に導波された光は、活性層厚みが
十分に薄いためP型光ガイド層中に滲み出し、その一部
が複素屈折率がクラッド層とは異なる電流阻止層の影響
を受け、電流狭窄効果と作り付は導波構造とが自己整合
的に形成されると云う%nを有する。
In the laser having the structure shown in FIG. 1, current is injected into the active layer through the striped portion from which the current blocking layer has been removed. This is PNPN on both sides of the stripe part.
This is because the current does not flow on both sides of the stripe unless a sufficiently high forward voltage is applied because the junction is -C.Also, the light guided into the active layer is Because it is thin, it leaks into the P-type optical guide layer, and a part of it is affected by the current blocking layer whose complex refractive index is different from that of the cladding layer, and the current confinement effect and built-in structure are formed in a self-aligned manner with the waveguide structure. It has %n that is said to be done.

かかる構造において、回折格子のない)・rブリー・ベ
ロー型の半導体レーザを作製しだ場合、ストライプ部の
幅Wが5〔μm1以上と広い場合には、接合面に水平方
向の横モードは作り伺は導波路構造によってカイトされ
、安定し/こレーザ発振を示す。このため、発振しきい
値電流より僅かに多いところから単一軸モードとなり、
非点隔差も0〜5〔μm〕と非常に小さいものとなる。
In such a structure, when fabricating a Brie-Bello type semiconductor laser without a diffraction grating, if the width W of the stripe portion is as wide as 5 μm or more, a transverse mode in the horizontal direction will not be created at the junction surface. The laser beam is kited by the waveguide structure and exhibits stable laser oscillation. Therefore, from a point where the current is slightly higher than the oscillation threshold current, the mode becomes single-axis mode.
The astigmatism difference is also very small, 0 to 5 [μm].

つまり、非常に干渉性の強いレーザ発振状態を示す。こ
れに対し、ストライプ部の幅Wを次第に狭くしていくと
、作υ付は導波路構造によってガイドされている槓モー
ドが分布している領域内における注入キャリアの分布、
すなわち利得導波効果を生じる利得分布の影響が強く現
われることになる。この様子を第2図(a)〜(C1に
示す。なお、図中実線Aは屈折率分布、破線Bは制動分
布、一点鎖I%1Cは導波モード分布をそれぞれ示して
いる1、 ところで、単−編モードで発振する所謂作り付け?H’
j:波路レーザではijJ+渉性が強いために戻り光ノ
イズが大きいのに対し、縦多モードで発振する利イ;)
導波レーザでは1iり尤ノイズが小さいことは周知の小
火であるが、」二記のレーザにおいてストライプ部の幅
Wを伏<シていくと作り付は導波構造の影響と同動に利
(4)導波効果の影響を受けるようになると云うことは
、両者の中間の効果を受けることを示1反′j/)。月
1゛火、ストライプ幅幅Wを3〔μm ] 以Tとし/
こレーザにおいては、非点隔差が5〔μm〕以下と比較
的小さいにも拘らず、また光出力を3〜5[mW] と
増やしていくと縦多モード発振から単−縦モード発振に
移り変わるにも拘らず、5〜10[mW]の領域に亘っ
て戻り光ノイズが01〜o、ol[11位にまで低下す
るのが確認された。
In other words, it shows a laser oscillation state with very strong coherence. On the other hand, when the width W of the stripe portion is gradually narrowed, the distribution of injected carriers in the region where the oscilloscope mode guided by the waveguide structure is distributed,
In other words, the influence of the gain distribution that causes the gain waveguide effect appears strongly. This situation is shown in Figure 2 (a) to (C1).In the figure, the solid line A shows the refractive index distribution, the broken line B shows the damping distribution, and the dotted chain I%1C shows the waveguide mode distribution1. , the so-called built-in oscillation in single mode?H'
j: In contrast to waveguide lasers, which have strong ijJ+ interpolation and have large return light noise, the advantage is that they oscillate in longitudinal multimode;)
It is well known that the waveguide laser has a small noise level, but as the width W of the stripe section is decreased in the laser described in 2. Benefit (4) Being affected by the waveguide effect means that it is being affected by an intermediate effect between the two. Monday 1st Tuesday, the stripe width W is 3 [μm] and T is /
In this laser, although the astigmatism difference is relatively small at 5 [μm] or less, when the optical output is increased to 3 to 5 [mW], it changes from longitudinal multimode oscillation to single-longitudinal mode oscillation. Nevertheless, it was confirmed that the return light noise decreased to 01 to o, ol [11] over the range of 5 to 10 [mW].

一方、利得導波路レーザの共振器内損失は200〔cm
〕 と大きく、作り付は導波路レーザの共振器内損失は
20〜30[z ]と小さい。
On the other hand, the intracavity loss of a gain waveguide laser is 200 [cm
], and the built-in waveguide laser has a small intracavity loss of 20 to 30 [z].

本発明者等の実験によれば、ストライプ%i Wを変え
て共振器内損失を測定したところ、ストライプ幅W=5
Cμm]において30Ccm ]、W=3〔lLm〕に
おいて50[z]、W = 1.5 (zzm )にお
いて150[on ]と云う結果が得られた8ストライ
プ部Wが狭くなる程共振器内損失が大きくなる小火は、
ストライプ幅Wが狭くなるにりit作り付は導波路効果
に加えて利得導波効果が大きくなったことを示している
According to experiments conducted by the present inventors, when the intracavity loss was measured by changing the stripe %i W, the stripe width W = 5
The results were as follows: 30 Ccm ] at W = 3 [lLm], 50 [z] at W = 3 [lLm], and 150 [on ] at W = 1.5 (zzm).The narrower the 8-stripe section W, the greater the intra-cavity loss. A small fire grows larger,
As the stripe width W becomes narrower, the gain waveguide effect becomes larger in addition to the waveguide effect.

」二記の現象は、ファブリ・べ「1−型レーザの場合の
みでなく、JJFBし立ザにもめてはする。DFBレー
ザにおいては、利得導波路4t’j M−屈折率尋波路
溝いずれの場合においても単−縦モード発振する点が異
なるが、非点収差、戻シ光ノイズに関しては、ファブリ
・ペロー型レーザの場合と全く同様の結果が得られた。
The phenomenon described in Fabry Be's ``1'' occurs not only in the case of the 1-type laser but also in the JJFB laser.In the DFB laser, the gain waveguide 4t'j M-index waveguide groove Although the difference is that single-longitudinal mode oscillation is performed in the case of , the same results as in the case of the Fabry-Perot laser were obtained regarding astigmatism and return light noise.

このことは、利得導波路型DFBレーザの場合には、縦
モードが単一モードであっ−Cも、スペクトルの線巾が
屈折率導波路型1月pBV−ザに比べて広いために可干
渉性が弱くなり、その結果戻り光ノイズの小ざい11¥
性が得られたと解釈される。
This means that in the case of a gain waveguide type DFB laser, the longitudinal mode is a single mode, and since the spectral linewidth is wider than that of a refractive index waveguide type pBV laser, it is coherent. As a result, the return light noise is small 11 yen
It is interpreted that sex has been obtained.

本発明のレーザは、電流狭窄と横モード制御とが、n−
GaAs′屯流阻止層流阻止層自己整合的に実現できる
ことから、マスク合わせの工程が一回で済むため製造プ
ロセスが簡単であり、量産に向いた構造である。
In the laser of the present invention, current confinement and transverse mode control are n-
Since the GaAs' laminar flow blocking layer can be realized in a self-aligned manner, the manufacturing process is simple because only one mask alignment step is required, and the structure is suitable for mass production.

また、p−GaAtAs光ガイド層4上に周期的凹凸1
2を形成するにあたっては、一旦n−GaAs′11L
流阻止層全面に凹凸を形成した後、エツチングによって
ストライブ溝11を形成−ノーる際に、エツチングの過
程で凹凸の形状が保存される様な方法を使用することに
よって、n−GaAs電流阻止層上の凹凸をp−GaA
4As光ガイド層4上に転写することが可能となり、工
程を簡単化することができる。このプロセスは、後述の
様にたとえばりアクティブイオンエツチングあるいはイ
オンミリング等の手法を利用することによって実現でき
る。
Further, periodic irregularities 1 are formed on the p-GaAtAs optical guide layer 4.
2, once n-GaAs'11L
After forming unevenness on the entire surface of the flow blocking layer, stripe grooves 11 are formed by etching.By using a method that preserves the shape of the unevenness during the etching process, n-GaAs current blocking is achieved. The unevenness on the layer is made of p-GaA
It becomes possible to transfer onto the 4As light guide layer 4, and the process can be simplified. This process can be realized, for example, by using techniques such as active ion etching or ion milling, as described below.

これらの方法は、いわゆる垂直エツチングを行なうこと
ができるので矩形断面を持つ凹凸の作製が可能であり、
これによって他の形状に比べ回折格子の回折効率を高め
ることができる。この様に、上記手法を用いることによ
りt、通常のフ了フ゛す・ペロー型レーザの場合に比べ
、n−GaAs電流阻止層上に回折格子を作製する工程
か加わるだけで竹み、工程数の増加を最少限に止めるこ
とができると同時に、回折効率の高い回折格子の作製が
可能とりる〇 さらに、本発明の構造は、殖産性にすぐれたMOCVD
法あるいはMBE法によって作[’i’J能である。こ
れらの方法は、大きな10j槓にわたって均質な薄膜結
晶の成長が0」“能で企るため、歇陀性に優れた半導体
レーザの製造方法であり、上記の量産に向いた素子構造
と併せ、本発明のレーザを大量に低価格に生産できる。
Since these methods can perform so-called vertical etching, it is possible to create unevenness with a rectangular cross section.
This allows the diffraction efficiency of the diffraction grating to be increased compared to other shapes. In this way, by using the above method, it is possible to reduce the number of manufacturing steps by simply adding the step of fabricating the diffraction grating on the n-GaAs current blocking layer, compared to the case of a normal fiber optic/Perot laser. In addition, the structure of the present invention can minimize the increase in
It is possible to create by the method or MBE method. These methods aim at growing a homogeneous thin film crystal over a large 10-layer area with zero efficiency, so they are methods for manufacturing semiconductor lasers with excellent repeatability. The laser of the present invention can be produced in large quantities at low cost.

上記構造のレーザは基板lから電流阻止層5までの第1
回目の結晶)Jy、長と、′東b;口汎止層5の一部を
ストライフ状にエツチングして回折格子を形成したのち
の光ガイド昭6及びコノタクト層7を形成する第2回目
の結晶成長と云う2段階の結晶成長プロセスにより作成
される。ここで、第2回目の結晶成長の開始時点におけ
るクラッド層7への成長は、一旦表聞が空気中に晒され
た(JaA4As面上への成長である。このグこめ、従
来のLPE法では成長が難しく、MOCV、L)法MB
E法によ、って始めて制御性良く製作できるようになっ
たものである。
The laser with the above structure has a first layer extending from the substrate l to the current blocking layer 5.
2nd crystal) Jy, length, 'East b; 2nd crystal to form the light guide 6 and the conotact layer 7 after forming a diffraction grating by etching a part of the stopper layer 5 in a stripe shape. It is created by a two-step crystal growth process called crystal growth. Here, the growth on the cladding layer 7 at the start of the second crystal growth is the growth on the JaA4As surface once the surface is exposed to the air. Difficult to grow, MOCV, L) Law MB
It was only by using the E method that it became possible to manufacture it with good controllability.

加、t i、MOCVJ)法や、MB−E法−r t−
t、l、PE法テ問題となるメルトバンクによる凹凸の
消失といった問題がないため、回折効率の旨い形状の凹
凸を持つ74回折格子をでのまま素子の中に作り込むこ
とができるため、素子の特性を大さく向上させることが
できるという利点もある。
addition, ti, MOCVJ) method, MB-E method-r t-
Since there is no problem of disappearance of unevenness due to the melt bank, which is a problem with the PE method, a 74 diffraction grating with uneven shapes with good diffraction efficiency can be built into the element as is. Another advantage is that it can greatly improve the properties of

仁の様に、本9ら明のレーザは、MOCvIJ法。Like Jin, Akira's laser uses the MOCvIJ method.

MBE法での作製に適したレーザとdうことができる。It can be considered a laser suitable for fabrication using the MBE method.

次に本発明の製造方法を第3図を用いて詳細に説明する
Next, the manufacturing method of the present invention will be explained in detail using FIG. 3.

′まず、第3図FaJに示す如く、面方位(100)の
n−GaAs基板1(Sl ドープ、n=1xlo c
m )土に厚さ2μm のn Oa o、6A、 L 
o、 、i A Sクラッド層2(Sc ドーグ、 n
=2X10 an )a 厚さ0,08μmのアンドー
グU aO,9A Z O,] A S ’活性層3.
厚さ0.4μmのp G a o、75A Z O,2
s A S ’7LガイドIj44 (Znドープ、n
=5xlOan )及び厚さ0.6 /i mのu −
() a A s 電流阻止層5(Se トープ、 n
 、−5xtd8Crn−1)を順次成長形成した。こ
の第1回の結晶成長には、MOCVD 法を用い、成長
条件は、基板温度750℃、 V/1II=20 、キ
ャリアガス(H2)と原料カスの総流量10 t/mi
n 、原料はトリメチルガリウA (’l’MO: (
Ckl) 3(J a ) 、トリメブールアルミニウ
ム(T MA : (CH3) 3A t )、fル7
ノ(As14 )、pドーパント:ジエチル亜鉛(1)
 l; Z : (C211グ)2Zn)、nドーパン
ト:セレン化水素(J12Se)で、成長速度は0.2
5 〔it m /min )であ−)た。なお、第1
回目の結晶成長では必ずしもMO−CVD法を用いる必
要はないが、大面積で均一性の良い結晶成長が可能なM
O−CVD法を用いることは、所産化を考えた場合LP
E 法に比べて有利である。
'First, as shown in Fig. 3 FaJ, an n-GaAs substrate 1 (Sl doped, n=1xlo c
m) 2μm thick n Oa o, 6A, L on soil
o, ,i A S cladding layer 2 (Sc dawg, n
=2X10 an )a 0.08 μm thick Andog U aO,9A Z O,] A S 'active layer 3.
0.4 μm thick p G a o, 75 A Z O,2
s A S '7L guide Ij44 (Zn doped, n
= 5xlOan) and u − of thickness 0.6/i m
() a A s Current blocking layer 5 (Se top, n
, -5xtd8Crn-1) were grown sequentially. The MOCVD method was used for this first crystal growth, and the growth conditions were: substrate temperature 750°C, V/1II = 20, total flow rate of carrier gas (H2) and raw material waste 10 t/mi.
n, the raw material is trimethylgalliu A ('l'MO: (
Ckl) 3 (J a ), trimebul aluminum (T MA : (CH3) 3A t ), f 7
(As14), p dopant: diethyl zinc (1)
l; Z: (C211g)2Zn), n dopant: hydrogen selenide (J12Se), growth rate 0.2
5 (it m /min). In addition, the first
Although it is not necessarily necessary to use the MO-CVD method for the second crystal growth, MO-CVD allows crystal growth with good uniformity over a large area.
Using the O-CVD method is LP when considering product production.
It is more advantageous than the E method.

次に、第3図tb)に示す如く、電流阻止層5上にフォ
トレジストを塗布し、これをレーザを用いた2ブC束干
渉法によって露光し、周期的022μmのストライブパ
ターンを形成する。この値は、λ0〜8000Aの波長
に対して、2次のメーダーの回折格子(t=2)に相当
する。次いで、これをマスクとして、C(−t4−C4
7昆合ガスによるリアクティブイオンエツチング法によ
って深さ約0.2μm エツチングし、′電流阻止層5
上に周期的な凹凸を形成する。このとき、エツチングの
条件を、いわゆる垂直エツチングが州られる様に設定す
ると、矩形の断面を持つ、回折効率の高い回折格子が得
られるのでイj利である。
Next, as shown in FIG. 3 (tb), a photoresist is coated on the current blocking layer 5 and exposed by a 2-beam C flux interferometry method using a laser to form a periodic stripe pattern of 022 μm. . This value corresponds to a second-order Mader grating (t=2) for wavelengths from λ0 to 8000A. Next, using this as a mask, C(-t4-C4
7. Etched to a depth of approximately 0.2 μm by reactive ion etching using a combination gas.
Periodic unevenness is formed on the top. At this time, it is advantageous to set the etching conditions so that so-called vertical etching is prevented, since a diffraction grating with a rectangular cross section and high diffraction efficiency can be obtained.

引き絖いて、i、流上止層5に、フォトレジストをマス
クとして、上記周期的凹凸のストライプ方1.ツと直交
する方向に1幅2.5μm のストライプ状の溝いを形
成する。このとき、前述のりアクティブイオンエツチン
グ法を用い、垂直エツチングの得られる方法によって行
なうと、凹凸の111j面からのエツチングが行なわれ
ないのでn−GaAst流阻止層流上止層5上れていた
周期的凹凸形状は、エツチングの間も保存され、露田し
たp”0.75AtAsクラッド層上に転写された。エ
ソチン0.25 グに、湿式のエツチング液を使うと、凹凸の側面からも
エツチングが進むため、凹凸形状が変化するため、上記
リアクティブエツチング法や、イオン7リング法を用い
ることが好ましい。
Then, using the photoresist as a mask, the above-mentioned periodic uneven stripes are applied to the flow-up stopper layer 5.1. Striped grooves each having a width of 2.5 μm are formed in a direction perpendicular to the groove. At this time, if the above-mentioned active ion etching method is used to obtain vertical etching, etching is not performed from the 111j surface of the unevenness, so that the period in which the n-GaAst flow blocking laminar flow top layer 5 was raised is not etched. The surface roughness was preserved during etching and was transferred onto the exposed p"0.75 AtAs cladding layer. When a wet etching solution was used with Esotin 0.25, etching was performed even from the sides of the roughness. As the etching progresses, the uneven shape changes, so it is preferable to use the above-mentioned reactive etching method or the ion 7-ring method.

次いで、フォトレジストを除去し、表面洗浄処理を施し
たのち、第2回目の結晶成長をMOCVD法によって行
なった。すなわち、第1図(a) 、 (b)に示す如
く、全面に厚さ2μnlのp G a o6 A l 
o、4ASクラッド層6(Zn ドープ、 p=8X1
0 cnr )及び厚さ2μmのp−GaAs コンタ
クト層7(Znドープ+p=5X10 cm )を順次
成長形成した。
Next, after removing the photoresist and performing surface cleaning treatment, a second crystal growth was performed by MOCVD. That is, as shown in FIGS. 1(a) and 1(b), pGaO6A1 with a thickness of 2μnl is deposited on the entire surface.
o, 4AS cladding layer 6 (Zn doped, p=8X1
0 cnr) and a p-GaAs contact layer 7 (Zn doped +p=5×10 cm) with a thickness of 2 μm were successively grown.

これ以後は、通常の電極材は工程により、コンタクト層
7上にCr /A u電極層8を、基板1下面にAu−
Ge/AuI山1惨を被着した。
After this, the normal electrode material is formed by forming a Cr/Au electrode layer 8 on the contact layer 7 and an Au electrode layer 8 on the bottom surface of the substrate 1.
A large amount of Ge/AuI was deposited.

かくして得ら!1だ素子は、基本横モードで発振すると
共に、発掘波長は約800oX、安定した単−縦モード
発振が14+られ、DFB動作を確認した。
Thus obtained! The 1D element oscillated in the fundamental transverse mode, the excavation wavelength was approximately 800oX, and stable single-longitudinal mode oscillation was observed at 14+, confirming DFB operation.

さらに、戻シツCノイズも戻り光Ho、oox−10(
%)の範囲において5mWの光出力で検出限界の0.0
5チ以下ときわめて小さいもので6つた。
Furthermore, the return C noise is also the return light Ho, oox-10 (
%), the detection limit is 0.0 at a light output of 5 mW.
Six of them were extremely small, less than 5 inches in size.

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、構成材料としてはG a AtA s系に
限らず、I noaA s P 、 ALl nGa 
P その他のIII −V族化合物半導体を用いること
ができる。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, the constituent materials are not limited to Ga AtAs, but also I noaA s P , ALl nGa
P Other III-V group compound semiconductors can be used.

さらに、結晶成長法としてM OCV L)法の代りに
Ml(E法を用いることもi”J’ iiとである。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない1iijl!囲で、匪
々変形して実施することができる。
Furthermore, it is also possible to use the Ml(E method) instead of the MOCV L) method as a crystal growth method. It can be implemented.

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

431図は、本発明の半導体レーザ装置6.の一実施例
を説明するための図、第2図は利イ17導波効果を生じ
る利得分布の影・^゛・を示ず図、第3図Vま本発明の
製造工程を示す図である。 ]・・・n−GaAs基板 2 ”’ n G a o、6A Z O,4A Sク
ラッド層3・・・アンドープG a o、9At o、
I A s活性層4−−−p −Ga AtAs 光ガ
イド層0.75 0.25 5・・・n−GaAs電流阻止層 6・−p −Ga AtAsクラット層0.6 0.4 7・・p−(JaAs コンタクト層 8・・・Cr/Au電極 9−A u −Ge /A、 u 電極11・・・スト
ライプ溝 12・・・周期的凹凸(回折格子) 代理人 弁理士 則 近 )バ 佑(ih、 75−1
名)第1図 第2図 第 3 図
FIG. 431 shows the semiconductor laser device 6. of the present invention. Figure 2 is a diagram for explaining one embodiment, Figure 2 is a diagram showing the shadow of the gain distribution that causes the waveguide effect, Figure 3 is a diagram showing the manufacturing process of the present invention. be. ]...n-GaAs substrate 2 '''n Gao, 6AZO, 4A S cladding layer 3...Undoped Gao, 9Ato,
IAs active layer 4--p-Ga AtAs light guide layer 0.75 0.25 5...n-GaAs current blocking layer 6--p-Ga AtAs crat layer 0.6 0.4 7... p-(JaAs contact layer 8...Cr/Au electrode 9-Au-Ge/A, u electrode 11...stripe groove 12...periodic unevenness (diffraction grating) Yu (ih, 75-1
Figure 1 Figure 2 Figure 3

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)化合物半導体材料からなり、ダブル・ペテロ接合
構造を有する半導体レーザ装置において、第14伝型基
板上に成長形成された第1導伝型クラッド層と、このク
ラッド層上に成長形成された活性層と、この活性層上に
成長形成された第2導伝型光導波路層と、との光導波路
層上に成長形成され、かつ上記光導波路層まで至るスト
ライプ状の11“学部が形成された第1導伝型・電流阻
止層と、上記溝部を含み電流阻止jけ上に成長形成され
た第2導伝型クラッド層とを具備し、少くとも前記溝部
において、前記)シ樽波路眉上に周期的凹凸が形成され
、かつ前記光導波路層はその屈折率が前記クラッド層よ
りも太きいものであることを特徴とする半導体レーザ装
置。
(1) In a semiconductor laser device made of a compound semiconductor material and having a double Peter junction structure, a first conductivity type cladding layer grown on a fourteenth conduction type substrate, and a first conductivity type cladding layer grown on this cladding layer. A striped 11" portion is grown on the optical waveguide layer of the active layer and the second conductive optical waveguide layer grown on the active layer, and extends to the optical waveguide layer. and a second conductive type cladding layer that includes the groove and is grown on the current blocking layer, at least in the groove, 1. A semiconductor laser device, wherein periodic irregularities are formed on the optical waveguide layer, and the refractive index of the optical waveguide layer is thicker than that of the cladding layer.
(2)化合物半導体材料からなり、ダブルへテロ接合構
造を有する半導体レーザ装置の製造方法において、第1
導伝型基板上に第1導伝型クラ・ノド層。 活性層、第2導伝型光導波路層、及び第1導伝型電流阻
止層とを順次成長形成する工程と、前記電流阻止層上に
ストライプ状の周期的凹凸を形成する工程と、前記電流
阻止層に、前記ストライプ状の周期的凹凸のストライプ
の方向とは直交する方向のストライプ状溝を前記光導波
層に達するまで形成する工程と、上記溝部を含み電流阻
止層上に第2導伝型クラッド層を成長形成する工程を含
み、かつ前記ストライプ状溝の形成に際しては、溝部に
おいて前記電流阻止層上に形成された周期的凹凸が前記
光導波層上に転写されることを特徴とする半導体レーザ
装置の製造方法。
(2) In the method for manufacturing a semiconductor laser device made of a compound semiconductor material and having a double heterojunction structure, the first
A first conductive layer is formed on the conductive substrate. a step of sequentially growing an active layer, a second conductive type optical waveguide layer, and a first conductive type current blocking layer; a step of forming striped periodic irregularities on the current blocking layer; forming striped grooves in the blocking layer in a direction perpendicular to the direction of the stripes of the striped periodic irregularities until reaching the optical waveguide layer; and forming a second conductive groove on the current blocking layer including the groove portion. The method includes a step of growing a mold cladding layer, and when forming the striped grooves, periodic irregularities formed on the current blocking layer in the groove portions are transferred onto the optical waveguide layer. A method for manufacturing a semiconductor laser device.
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