[go: up one dir, main page]

JP2001007440A - Semiconductor laser device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor laser device and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JP2001007440A
JP2001007440A JP11171508A JP17150899A JP2001007440A JP 2001007440 A JP2001007440 A JP 2001007440A JP 11171508 A JP11171508 A JP 11171508A JP 17150899 A JP17150899 A JP 17150899A JP 2001007440 A JP2001007440 A JP 2001007440A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
stimulated emission
layer
active layer
spot size
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP11171508A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Azuma
敏生 東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP11171508A priority Critical patent/JP2001007440A/en
Publication of JP2001007440A publication Critical patent/JP2001007440A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的容易に、ビームサイズ変換部によるレ
ーザビームの吸収を抑制することができる。 【解決手段】 導電型の半導体基板の表面上に、化合物
半導体材料からなる量子井戸層とバリア層とが交互に積
層された活性層を形成する。その活性層のうち、半導体
基板の表面内の第1の領域上の部分は、その厚さがほぼ
一定であり、第1の領域に隣接する第2の領域上の部分
は、第1の領域との境界から遠ざかるに従って徐々に薄
くなる。活性層の上に、第1導電型とは反対の第2導電
型の半導体材料からなるクラッド層を形成する。活性層
の第1の領域上の部分において構成原子の混合を生じさ
せることなく、活性層の前記第2の領域上の部分におい
て構成原子の混合を生じさせる。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To relatively easily suppress absorption of a laser beam by a beam size conversion unit. SOLUTION: An active layer in which quantum well layers and barrier layers made of a compound semiconductor material are alternately stacked is formed on a surface of a conductive semiconductor substrate. The portion of the active layer on the first region in the surface of the semiconductor substrate has a substantially constant thickness, and the portion on the second region adjacent to the first region is the first region. And gradually become thinner as the distance from the boundary increases. A cladding layer made of a semiconductor material of a second conductivity type opposite to the first conductivity type is formed on the active layer. Mixing of constituent atoms occurs in a portion of the active layer on the second region without causing mixing of constituent atoms in a portion on the first region.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
及びその製造方法に関し、特にビームスポットサイズ変
換器が集積された半導体レーザ装置及びその製造方法に
関する。
The present invention relates to a semiconductor laser device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a semiconductor laser device having a beam spot size converter integrated therein and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】光通信分野において、半導体レーザ装置
と光ファイバとを高効率に光結合させる技術が望まれて
いる。半導体レーザ装置にレーザビームのスポットサイ
ズ変換器を集積化することにより、レンズを使用するこ
となく高結合効率を実現できる。また、位置精度余裕も
大きいため、光結合工程を簡単化できる。光結合工程の
簡単化により、光通信装置の低価格化を図ることが可能
になる。特に、加入者系の光通信装置に対する低価格化
の要請が強い。
2. Description of the Related Art In the field of optical communication, there is a demand for a technique for optically coupling a semiconductor laser device and an optical fiber with high efficiency. By integrating a laser beam spot size converter in a semiconductor laser device, high coupling efficiency can be realized without using a lens. In addition, since the positional accuracy margin is large, the optical coupling step can be simplified. The simplification of the optical coupling process makes it possible to reduce the cost of the optical communication device. In particular, there is a strong demand for a price reduction for the optical communication device of the subscriber system.

【0003】図6に、スポットサイズ変換器を集積した
従来の半導体レーザ装置の断面図を示す。多重量子井戸
構造の活性層100がクラッド層101及び102に挟
まれている。クラッド層101及び102の外側に、そ
れぞれ電極103及び104が形成されている。電極1
03及び104は、活性層100、クラッド層101及
び102に、その厚さ方向の電流を流す。
FIG. 6 is a sectional view of a conventional semiconductor laser device in which a spot size converter is integrated. An active layer 100 having a multiple quantum well structure is sandwiched between cladding layers 101 and 102. Electrodes 103 and 104 are formed outside the cladding layers 101 and 102, respectively. Electrode 1
Numerals 03 and 104 allow a current to flow through the active layer 100 and the cladding layers 101 and 102 in the thickness direction.

【0004】活性層100は、誘導放出部100bとス
ポットサイズ変換部100aとにより構成される。スポ
ットサイズ変換部100aは、誘導放出部100bとの
境界から遠ざかるに従って徐々に薄くなっている。誘導
放出部100bとスポットサイズ変換部100aとが光
共振器を構成している。誘導放出部100bで増幅され
たレーザビームが、スポットサイズ変換部100aの端
面から外部に放出される。
The active layer 100 includes a stimulated emission section 100b and a spot size conversion section 100a. The spot size conversion section 100a becomes gradually thinner as it goes away from the boundary with the stimulated emission section 100b. The stimulated emission section 100b and the spot size conversion section 100a constitute an optical resonator. The laser beam amplified by the stimulated emission section 100b is emitted to the outside from the end face of the spot size conversion section 100a.

【0005】誘導放出部100bから出射端面に向かっ
て伝搬するレーザビームのスポットサイズは、スポット
サイズ変換部100aが薄くなるに従って大きくなる。
このため、出射するレーザビームのスポットサイズを大
きくすることができる。
[0005] The spot size of the laser beam propagating from the stimulated emission section 100b toward the emission end face increases as the spot size conversion section 100a becomes thinner.
Therefore, the spot size of the emitted laser beam can be increased.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】井戸層が薄くなると、
価電子帯と伝導帯との第1エネルギ準位間の遷移エネル
ギ(以下、単に遷移エネルギと呼ぶ)が大きくなる。な
お、遷移エネルギは、フォトルミネッセンスの波長を観
測することにより特定することができる。このため、ス
ポットサイズ変換部100aのうち比較的薄い出射端面
近傍の部分は、レーザビームを吸収しない。ところが、
誘導放出部100bとの境界近傍の部分の遷移エネルギ
は、誘導放出部の井戸層の遷移エネルギに近いため、レ
ーザビームを吸収してしまう。この吸収を抑制するため
に、通常、スポットサイズ変換部100aのうち誘導放
出部100bとの境界近傍の部分に電流を流しておく。
すなわち、基板法線方向から見たとき、一方の電極10
4の一部104aがスポットサイズ変換部100aの一
部に重なるように電極を配置する。
When the well layer becomes thin,
The transition energy between the first energy levels of the valence band and the conduction band (hereinafter, simply referred to as transition energy) increases. The transition energy can be specified by observing the wavelength of photoluminescence. Therefore, the portion of the spot size converter 100a near the relatively thin exit end face does not absorb the laser beam. However,
Since the transition energy near the boundary with the stimulated emission unit 100b is close to the transition energy of the well layer of the stimulated emission unit, it absorbs the laser beam. In order to suppress this absorption, a current is usually applied to a portion of the spot size conversion unit 100a near the boundary with the stimulated emission unit 100b.
That is, when viewed from the normal direction of the substrate, one of the electrodes 10
The electrodes are arranged so that a part 104a of the fourth part overlaps a part of the spot size conversion part 100a.

【0007】スポットサイズ変換部100aを流れる電
流は、レーザ発振に寄与しない。このため、レーザ発振
効率が低下してしまう。
The current flowing through the spot size converter 100a does not contribute to laser oscillation. For this reason, the laser oscillation efficiency decreases.

【0008】スポットサイズ変換部100aによるレー
ザビームの吸収を防止するために、この部分を誘導放出
部100bの遷移エネルギよりも大きな遷移エネルギを
有する半導体材料で形成した構造の半導体レーザ装置が
提案されている。しかし、この構造を採用するために
は、スポットサイズ変換部100aを誘導放出部100
bの結晶成長工程とは異なる別工程で結晶成長させなけ
ればならない。このため、製造工程数が増加し、低価格
化の要請に反することになる。
In order to prevent the laser beam from being absorbed by the spot size converter 100a, a semiconductor laser device having a structure in which this portion is formed of a semiconductor material having a transition energy larger than that of the stimulated emission portion 100b has been proposed. I have. However, in order to adopt this structure, the spot size conversion unit 100a must be
The crystal must be grown in another step different from the crystal growth step of b. For this reason, the number of manufacturing steps increases, which is against the demand for cost reduction.

【0009】本発明の目的は、比較的容易に、ビームサ
イズ変換部によるレーザビームの吸収を抑制することが
できる半導体レーザ装置及びその製造方法を提供するこ
とである。
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device capable of relatively easily suppressing absorption of a laser beam by a beam size converter and a method of manufacturing the same.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、第1導電型の半導体基板の表面上に、化合物半導体
材料からなる量子井戸層とバリア層とが交互に積層され
た活性層を形成する工程であって、前記半導体基板の表
面内の第1の領域上の部分は、その厚さがほぼ一定であ
り、該第1の領域に隣接する第2の領域上の部分は、該
第1の領域との境界から遠ざかるに従って徐々に薄くな
るような前記活性層を形成する工程と、前記活性層の上
に、前記第1導電型とは反対の第2導電型の半導体材料
からなるクラッド層を形成する工程と、前記活性層の第
1の領域上の部分において構成原子の混合を生じさせる
ことなく、前記活性層の前記第2の領域上の部分におい
て構成原子の混合を生じさせる工程とを有する半導体レ
ーザ装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the present invention, an active layer in which quantum well layers and barrier layers made of a compound semiconductor material are alternately stacked on a surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type. Forming a portion on the first region in the surface of the semiconductor substrate, the thickness of which is substantially constant, and a portion on the second region adjacent to the first region, Forming the active layer such that the thickness gradually decreases as the distance from the boundary with the first region increases; and a semiconductor material of a second conductivity type opposite to the first conductivity type is formed on the active layer. Forming a cladding layer and causing a mixture of constituent atoms in a portion of the active layer on the second region without causing a mixture of constituent atoms in a portion of the active layer on the first region. Manufacturing method of semiconductor laser device having steps It is provided.

【0011】レーザビームが第2の領域上を伝搬する
時、活性層が薄くなるに従ってビームスポットサイズが
大きくなる。このため、他の光デバイスとの光結合を容
易に行うことができる。活性層の、第2の領域上の部分
の構成原子を混合させると、その部分の遷移エネルギが
井戸層の遷移エネルギよりも大きくなる。このため、第
2の領域上の活性層は、レーザビームを吸収しない。
When the laser beam propagates over the second region, the beam spot size increases as the active layer becomes thinner. Therefore, optical coupling with another optical device can be easily performed. When the constituent atoms of the portion on the second region of the active layer are mixed, the transition energy of that portion becomes larger than the transition energy of the well layer. Therefore, the active layer on the second region does not absorb the laser beam.

【0012】本発明の他の観点によると、化合物半導体
材料により形成された量子井戸層とバリア層とが交互に
積層された誘導放出部と、前記誘導放出部の一つの端面
において該誘導放出部に連続し、該誘導放出部との境界
から遠ざかるに従って薄くなり、該誘導放出部と共に光
共振器を構成するスポットサイズ変換部であって、その
組成が、前記誘導放出部を構成する原子を混合した組成
とほぼ等しい前記スポットサイズ変換部と、前記誘導放
出部及びスポットサイズ変換部からなる層を挟み、該誘
導放出部及びスポットサイズ変換部よりも低屈折率の半
導体材料からなる一対のクラッド層とを有する半導体レ
ーザ装置が提供される。
According to another aspect of the present invention, a stimulated emission portion in which quantum well layers and barrier layers formed of a compound semiconductor material are alternately stacked, and the stimulated emission portion is provided at one end face of the stimulated emission portion. And a spot size conversion section which becomes thinner as the distance from the boundary with the stimulated emission section increases and forms an optical resonator together with the stimulated emission section, and whose composition is a mixture of atoms constituting the stimulated emission section. And a pair of cladding layers made of a semiconductor material having a lower refractive index than the stimulated emission portion and the spot size conversion portion, sandwiching the spot size conversion portion and the layer composed of the stimulated emission portion and the spot size conversion portion substantially equal to the composition. And a semiconductor laser device having the following.

【0013】レーザビームがスポットサイズ変換部を伝
搬する時、その厚さが薄くなるに従ってビームスポット
サイズが大きくなる。このため、他の光デバイスとの光
結合を容易に行うことができる。スポットサイズ変換部
の構成原子が混合されているため、その部分の遷移エネ
ルギが井戸層の遷移エネルギよりも大きい。このため、
スポットサイズ変換部はレーザビームを吸収しない。
When the laser beam propagates through the spot size converter, the beam spot size increases as the thickness decreases. Therefore, optical coupling with another optical device can be easily performed. Since the constituent atoms of the spot size converter are mixed, the transition energy of that part is higher than the transition energy of the well layer. For this reason,
The spot size converter does not absorb the laser beam.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】図1(A)は、本発明の実施例に
よる半導体レーザ装置の断面図を示す。n型導電性を有
するInPからなる基板1の表面上に、SCH(Separa
ted Confinement Heterostructure)層2、活性層3、
SCH層4、p型クラッド層5、6、p+型コンタクト
層7がこの順番に積層されている。この積層構造の一つ
の端面が出射端面21となり、その反対側の端面が反射
端面22となる。出射端面21と反射端面22とが、光
共振器の両端の反射鏡として働く。SCH層2からp型
クラッド層5までの積層は、この光共振器内のレーザ伝
搬方向(紙面の横方向)に長いメサ状に加工されてい
る。
FIG. 1A is a sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment of the present invention. On a surface of a substrate 1 made of InP having n-type conductivity, SCH (Separa
ted Confinement Heterostructure) layer 2, active layer 3,
The SCH layer 4, the p-type cladding layers 5, 6, and the p + -type contact layer 7 are stacked in this order. One end face of this laminated structure becomes the emission end face 21, and the opposite end face becomes the reflection end face 22. The emission end face 21 and the reflection end face 22 function as reflecting mirrors at both ends of the optical resonator. The lamination from the SCH layer 2 to the p-type cladding layer 5 is processed into a mesa shape that is long in the laser propagation direction (lateral direction on the paper) in the optical resonator.

【0015】出射端面21と反射端面22との間に境界
20が画定されている。境界20と反射端面22との間
の領域においては、各層の厚さはほぼ一定である。境界
20と出射端面21との間の領域においては、SCH層
2からp型クラッド層5までの各層の厚さは、境界20
から離れるに従って徐々に薄くなっている。出射端面2
1における厚さは、境界20における厚さの約1/3で
ある。なお、特に断らない限り、各層の厚さは、境界2
0と反射端面22との間の部分の厚さを指すものとす
る。活性層3のうち境界20と反射端面22との間の部
分が誘導放出部31を構成し、境界20と出射端面21
との間の領域がビームスポットサイズ変換部30を構成
する。
A boundary 20 is defined between the exit end face 21 and the reflection end face 22. In a region between the boundary 20 and the reflection end face 22, the thickness of each layer is substantially constant. In the region between the boundary 20 and the emission end face 21, the thickness of each layer from the SCH layer 2 to the p-type cladding layer 5 depends on the boundary 20.
It gradually becomes thinner as you move away from it. Outgoing end face 2
The thickness at 1 is about 1/3 of the thickness at boundary 20. Unless otherwise specified, the thickness of each layer corresponds to the boundary 2
It indicates the thickness of the portion between 0 and the reflection end face 22. The portion of the active layer 3 between the boundary 20 and the reflection end face 22 forms the stimulated emission section 31, and the boundary 20 and the emission end face 21
The area between the two forms a beam spot size conversion unit 30.

【0016】SCH層2及び4は、ノンドープのGaI
nAsPにより形成され、その格子定数はInP基板の
格子定数に整合し、その遷移エネルギは波長1.1μm
のエネルギに相当する。その厚さは100nmである。
The SCH layers 2 and 4 are made of non-doped GaI
nAsP, whose lattice constant matches the lattice constant of the InP substrate, and whose transition energy has a wavelength of 1.1 μm
Energy. Its thickness is 100 nm.

【0017】図1(B)に、活性層3の断面図を示す。
活性層3の誘導放出部31は、歪多層量子井戸構造を有
する。すなわち、量子井戸層3aとバリア層3bとが交
互に積層された多層構造を有する。バリア層3bは、I
nPに格子整合したノンドープのGaInAsPにより
形成された厚さ10nmの層であり、その遷移エネルギ
は波長1.1μmに相当する。量子井戸層3aは、1.
0%の圧縮歪を内在するノンドープのGaInAsPに
より形成された厚さ6nmの層であり、その遷移エネル
ギは波長1.3μmに相当する。活性層3は、10層の
量子井戸層3aを含む。
FIG. 1B is a sectional view of the active layer 3.
The stimulated emission section 31 of the active layer 3 has a strained multilayer quantum well structure. That is, it has a multilayer structure in which the quantum well layers 3a and the barrier layers 3b are alternately stacked. The barrier layer 3b is made of I
It is a 10-nm-thick layer formed of non-doped GaInAsP lattice-matched to nP, and its transition energy corresponds to a wavelength of 1.1 μm. The quantum well layer 3a includes:
This is a layer having a thickness of 6 nm formed of non-doped GaInAsP having a compression strain of 0%, and its transition energy corresponds to a wavelength of 1.3 μm. The active layer 3 includes ten quantum well layers 3a.

【0018】活性層3のビームスポットサイズ変換部3
0は、誘導放出部31の構成原子を混合(intermixin
g)した組成を有する。原子の混合は、図3(C)を参
照して後述するように、例えば収束イオンビームを照射
することにより生じさせることができる。
The beam spot size converter 3 of the active layer 3
0 indicates that the constituent atoms of the stimulated emission section 31 are mixed (intermixin
g) having the composition As described later with reference to FIG. 3C, the mixing of the atoms can be caused by, for example, irradiating a focused ion beam.

【0019】p型クラッド層5は、Zn濃度5×1017
cm-3のInPにより形成された厚さ500nmの層で
ある。p型クラッド層6は、Zn濃度5×1017cm-3
のInPにより形成された厚さ4000nmの層であ
る。p+型コンタクト層7は、Zn濃度1×1019cm
-3のGaInAsにより形成された厚さ500nmの層
である。
The p-type cladding layer 5 has a Zn concentration of 5 × 10 17
This is a 500 nm-thick layer formed of InP of cm -3 . The p-type cladding layer 6 has a Zn concentration of 5 × 10 17 cm −3.
Is a layer having a thickness of 4000 nm formed by InP. The p + -type contact layer 7 has a Zn concentration of 1 × 10 19 cm
-3 GaInAs layer with a thickness of 500 nm.

【0020】p+型コンタクト層7の上面のうち、ビー
ムスポットサイズ変換部30の上方の領域が、保護膜8
で覆われている。p+型コンタクト層7及び保護膜8の
表面上にp側電極9が形成されている。p側電極9は、
+型コンタクト層7側からTi、Pt、及びAuがこ
の順番に積層された構造を有する。p側電極9は、活性
層3の法線方向から見たとき、誘導放出部31と重なる
領域においてコンタクト層7に接触し、ビームスポット
サイズ変換部30と重なる領域においては、コンタクト
層7に接触しない。
On the upper surface of the p + -type contact layer 7, a region above the beam spot size converter 30 is a protective film 8.
Covered with. A p-side electrode 9 is formed on the surfaces of the p + -type contact layer 7 and the protective film 8. The p-side electrode 9 is
It has a structure in which Ti, Pt, and Au are stacked in this order from the p + type contact layer 7 side. The p-side electrode 9 contacts the contact layer 7 in an area overlapping the stimulated emission section 31 when viewed from the normal direction of the active layer 3, and contacts the contact layer 7 in an area overlapping the beam spot size conversion section 30. do not do.

【0021】基板1の下面上に、n側電極10が形成さ
れている。n側電極10は、AuGe層とAu層との積
層構造を有する。
An n-side electrode 10 is formed on the lower surface of the substrate 1. The n-side electrode 10 has a laminated structure of an AuGe layer and an Au layer.

【0022】図2は、活性層3の遷移エネルギの面内分
布を示す。横軸は、光共振器内のレーザ伝搬方向の位置
を表し、その左端が出射端面21に相当し、右端が反射
端面22に相当する。縦軸は遷移エネルギを表す。誘導
放出部31においては、遷移エネルギはほぼ一定であ
り、量子井戸層3aの遷移エネルギに相当する。境界2
0の位置に、ビームスポットサイズ変換部30側の遷移
エネルギが高くなるような段差が形成されている。この
段差は、ビームスポットサイズ変換部30の構成原子を
混合したために形成されたものである。従って、ビーム
スポットサイズ変換部30の、境界20側の端部の遷移
エネルギは、量子井戸層3aの遷移エネルギとバリア層
3bの遷移エネルギとの中間の大きさになる。
FIG. 2 shows the in-plane distribution of the transition energy of the active layer 3. The horizontal axis represents the position in the laser propagation direction in the optical resonator, and the left end corresponds to the emission end face 21 and the right end corresponds to the reflection end face 22. The vertical axis represents the transition energy. In the stimulated emission section 31, the transition energy is substantially constant and corresponds to the transition energy of the quantum well layer 3a. Boundary 2
At the position of 0, a step is formed such that the transition energy on the side of the beam spot size converter 30 becomes higher. This step is formed because the constituent atoms of the beam spot size converter 30 are mixed. Therefore, the transition energy at the end of the beam spot size conversion unit 30 on the boundary 20 side is intermediate between the transition energy of the quantum well layer 3a and the transition energy of the barrier layer 3b.

【0023】ビームスポットサイズ変換部30の遷移エ
ネルギは、境界20から遠ざかるに従って徐々に大きく
なる。これは、活性層3の膜厚が徐々に薄くなるためで
ある。ビームスポットサイズ変換部30の遷移エネルギ
が、誘導放出部31の遷移エネルギよりも大きいため、
ビームスポットサイズ変換部30は、誘導放出部31で
誘導放出され光共振器内を往復するレーザビームを吸収
しない。従って、ビームスポットサイズ変換部30に電
流を流す必要がない。図1(A)を参照して具体的に説
明すると、p側電極9は、誘導放出部31に電流を注入
するが、ビームスポットサイズ変換部30にはほとんど
電流を注入しない。
The transition energy of the beam spot size converter 30 gradually increases as the distance from the boundary 20 increases. This is because the thickness of the active layer 3 gradually decreases. Since the transition energy of the beam spot size conversion unit 30 is larger than the transition energy of the stimulated emission unit 31,
The beam spot size converter 30 does not absorb the laser beam stimulated emitted by the stimulated emitter 31 and reciprocating in the optical resonator. Therefore, there is no need to supply a current to the beam spot size converter 30. More specifically, referring to FIG. 1A, the p-side electrode 9 injects a current into the stimulated emission section 31, but hardly injects a current into the beam spot size conversion section 30.

【0024】次に、図3〜図6を参照して、実施例によ
る半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor laser device according to the embodiment will be described with reference to FIGS.

【0025】図3(A)は、InP基板1の、一つの半
導体レーザ装置を形成すべき部分の平面図を示す。一つ
の半導体レーザ装置は、例えば、一つの辺(図3(A)
においては横方向に延在する辺)の長さが500μmの
長方形領域内に形成される。図3(A)の左側の辺及び
右側の辺が、それぞれ図1(A)の出射端面21及び反
射端面22に相当する。なお、出射端面21、反射端面
22、及びそれらに隣り合う端面は、すべてのウエハ工
程が終了した後に基板をへき開することにより形成され
る。
FIG. 3A is a plan view of a portion of the InP substrate 1 where one semiconductor laser device is to be formed. One semiconductor laser device has, for example, one side (FIG. 3A)
Is formed in a rectangular region having a length of 500 μm. The left side and the right side of FIG. 3A correspond to the emission end face 21 and the reflection end face 22 of FIG. 1A, respectively. Note that the emission end face 21, the reflection end face 22, and the end faces adjacent thereto are formed by cleaving the substrate after all the wafer processes are completed.

【0026】境界20と反射端面22との間の領域に、
図の横方向に延在する幅20μmの帯状領域41が画定
されている。厚さ約300nmのSiO2マスク40が
帯状領域41の両側を覆う。出射端面21と境界20と
の間隔は約200μmであり、反射端面22と境界20
との間隔は約300μmである。
In the area between the boundary 20 and the reflection end face 22,
A band-shaped region 41 having a width of 20 μm extending in the horizontal direction of the drawing is defined. An SiO 2 mask 40 having a thickness of about 300 nm covers both sides of the band-shaped region 41. The distance between the output end face 21 and the boundary 20 is about 200 μm,
Is about 300 μm.

【0027】図3(B)は、図3(A)の一点鎖線B3
−B3における断面に相当する。基板1の表面上に、減
圧有機金属化学気相成長(LPMO−CVD)により、
SCH層2、活性層3、SCH層4、及びp型クラッド
層5を形成する。In、Ga、As、及びPの原料とし
て、それぞれトリメチルインジウム、トリエチルガリウ
ム、アルシン、及びフォスフィンを用いる。p型不純物
であるZnの原料としてジメチル亜鉛を用いる。成長温
度は、600〜620℃とする。
FIG. 3B is a dashed line B3 of FIG.
This corresponds to a cross section at -B3. On the surface of the substrate 1 by reduced pressure metal organic chemical vapor deposition (LPMO-CVD)
The SCH layer 2, the active layer 3, the SCH layer 4, and the p-type clad layer 5 are formed. Trimethylindium, triethylgallium, arsine, and phosphine are used as raw materials for In, Ga, As, and P, respectively. Dimethyl zinc is used as a source of Zn which is a p-type impurity. The growth temperature is 600 to 620 ° C.

【0028】図3(A)に示すマスクパターン40の上
にはGaInAsP層が堆積しない。また、マスクパタ
ーン40に挟まれた帯状領域41における成長速度は、
その他の領域における成長速度よりも速い。境界20と
出射端面21との間の領域においては、境界20から遠
ざかるに従って成長速度が徐々に低下する。このため、
図3(B)に示すように、境界20と出射端面21との
間の領域においては、各層の厚さが、境界20から遠ざ
かるに従って徐々に薄くなる。本実施例の場合、出射端
面21における膜厚が、境界20における膜厚の約1/
3であった。
No GaInAsP layer is deposited on the mask pattern 40 shown in FIG. Further, the growth rate in the band-shaped region 41 sandwiched between the mask patterns 40 is:
It is faster than the growth rate in other regions. In the region between the boundary 20 and the emission end face 21, the growth rate gradually decreases as the distance from the boundary 20 increases. For this reason,
As shown in FIG. 3B, in a region between the boundary 20 and the emission end face 21, the thickness of each layer gradually decreases as the distance from the boundary 20 increases. In the case of the present embodiment, the film thickness at the emission end face 21 is about 1 / th of the film thickness at the boundary 20.
It was 3.

【0029】図3(C)に示すように、境界20と出射
端面21との間の領域のうち、帯状領域41を延長した
部分にイオンビーム45を照射する。イオンビーム45
として、例えば活性層3内に焦点を持つGa+イオンの
収束ビームを用いる。照射条件は、例えば加速エネルギ
100keV、ドーズ量1×1013cm-2である。な
お、Ga+イオンの外にP+イオン等を用いることもでき
る。
As shown in FIG. 3 (C), an ion beam 45 is applied to a portion of the region between the boundary 20 and the emission end face 21 which extends the strip region 41. Ion beam 45
For example, a focused beam of Ga + ions having a focus in the active layer 3 is used. The irradiation conditions are, for example, an acceleration energy of 100 keV and a dose of 1 × 10 13 cm −2 . Note that P + ions and the like can be used in addition to Ga + ions.

【0030】このイオン照射により、活性層3の構成原
子が混合され、図1(B)に示す量子井戸層3aとバリ
ア層3bとの区別が不明確になる。このため、活性層3
のうちイオンビーム45を照射した部分の遷移エネルギ
が高エネルギ側へシフトする。このようにして、図2に
示すように境界20の位置に遷移エネルギの段差が形成
される。本実施例の場合には、この段差は約40meV
であった。
By this ion irradiation, the constituent atoms of the active layer 3 are mixed, and the distinction between the quantum well layer 3a and the barrier layer 3b shown in FIG. 1B becomes unclear. For this reason, the active layer 3
The transition energy of the portion irradiated with the ion beam 45 shifts to the higher energy side. In this way, a step of the transition energy is formed at the position of the boundary 20 as shown in FIG. In the case of this embodiment, this step is about 40 meV
Met.

【0031】図4及び図5は、図3(A)の一点鎖線A
4−A4における断面図に相当する。
FIGS. 4 and 5 show a dashed line A in FIG.
This corresponds to a cross-sectional view taken along 4-A4.

【0032】図4(A)に示すように、SCH層2から
p型クラッド層5までの積層構造を、SiO2マスク1
1を用いてパターニングし、メサ状の構造体12を残
す。これらの層のエッチングは、例えばCH4、H2、及
びO2を用いたドライエッチングにより行うことができ
る。メサ状構造体12は、図3(A)において、帯状領
域41の長さ方向に延在し、反射端面22から出射端面
21まで達する。
As shown in FIG. 4 (A), the laminated structure of the SCH layer 2 to the p-type cladding layer 5, SiO 2 mask 1
1 to leave a mesa-shaped structure 12. These layers can be etched by, for example, dry etching using CH 4 , H 2 , and O 2 . 3A, the mesa structure 12 extends in the length direction of the band-shaped region 41 and extends from the reflection end face 22 to the emission end face 21.

【0033】図4(B)に示すように、メサ状構造体1
2の両側を、p型InPからなる電流ブロック層13で
埋め込む。電流ブロック層13の表面上に、n型InP
からなる厚さ500nmの電流ブロック層14を堆積す
る。電流ブロック層13及び14の堆積は、LPMO−
CVDにより、SiO2マスク11の上には成長しない
条件で行う。n型の不純物として、例えばSiを用いる
ことができる。電流ブロック層14を堆積した後、Si
2マスク11を除去する。
As shown in FIG. 4B, the mesa structure 1
2 are buried with a current block layer 13 made of p-type InP. On the surface of the current block layer 13, n-type InP
A current blocking layer 14 of 500 nm in thickness is deposited. The deposition of the current blocking layers 13 and 14 is performed by LPMO-
The CVD is performed under conditions that do not grow on the SiO 2 mask 11. As the n-type impurity, for example, Si can be used. After depositing the current blocking layer 14, Si
The O 2 mask 11 is removed.

【0034】図5(A)に示すように、電流ブロック層
14及びp型クラッド層5を覆うように、p型InPか
らなる厚さ4000nmのクラッド層6を堆積する。ク
ラッド層6の上に、p+型GaInAsからなるコンタ
クト層7を堆積する。コンタクト層7のZn濃度は、例
えば1×1019cm-3とする。
As shown in FIG. 5A, a 4000 nm-thick cladding layer 6 made of p-type InP is deposited so as to cover the current blocking layer 14 and the p-type cladding layer 5. On the cladding layer 6, a contact layer 7 made of p + -type GaInAs is deposited. The Zn concentration of the contact layer 7 is, eg, 1 × 10 19 cm −3 .

【0035】図5(B)に示すように、メサ状構造体1
2の両側に、基板1の表面層まで達する溝15を形成す
る。溝15の形成は、ブロム系のエッチャントを用いた
ウェットエッチングにより行う。
As shown in FIG. 5B, the mesa structure 1
On both sides of 2, grooves 15 reaching the surface layer of substrate 1 are formed. The groove 15 is formed by wet etching using a bromo-based etchant.

【0036】基板表面を、SiO2からなる保護膜8で
覆う。保護膜8の、メサ状構造体12の上方の部分に、
電極接触用の開口8aを形成する。なお、図3(A)の
一点鎖線B3−B3における断面においては、図1
(A)に示すように、ビームスポトサイズ変換部30の
上方に保護膜8が残る。
The surface of the substrate is covered with a protective film 8 made of SiO 2 . In a portion of the protective film 8 above the mesa structure 12,
An opening 8a for electrode contact is formed. Note that in a cross section taken along dashed-dotted line B3-B3 in FIG.
As shown in (A), the protective film 8 remains above the beam spot size converter 30.

【0037】保護膜8を覆うように、p側電極9を形成
する。p側電極9は、開口8aの底面においてコンタク
ト層7に接触する。基板1の背面上に、n側電極10を
形成する。電極を形成した後、図3(A)に示す反射端
面22、出射端面21、及び溝15に沿って基板10を
へき開する。
A p-side electrode 9 is formed so as to cover the protection film 8. The p-side electrode 9 contacts the contact layer 7 at the bottom of the opening 8a. An n-side electrode 10 is formed on the back surface of the substrate 1. After the electrodes are formed, the substrate 10 is cleaved along the reflection end face 22, the emission end face 21, and the groove 15 shown in FIG.

【0038】上記実施例によると、図3(C)に示す工
程において、イオンビームを照射することにより、図1
(A)に示すビームスポットサイズ変換部30の遷移エ
ネルギを増大させている。このため、誘導放出部31と
ビームスポットサイズ変換部30とを別工程で堆積する
場合に比べて、比較的容易にビームスポットサイズ変換
部30の遷移エネルギを大きくすることができる。
According to the above embodiment, by irradiating an ion beam in the step shown in FIG.
The transition energy of the beam spot size converter 30 shown in FIG. Therefore, the transition energy of the beam spot size conversion unit 30 can be relatively easily increased as compared with the case where the stimulated emission unit 31 and the beam spot size conversion unit 30 are deposited in different processes.

【0039】上記実施例では、InGaAsP系の半導
体レーザ装置を作製する場合を例にとって説明したが、
上記実施例は、その他の多重量子井戸構造を有する半導
体レーザ装置にも適用可能である。例えば、井戸層及び
バリア層をAlGaInAsで形成し、クラッド層の活
性層側をAlInAsで形成し、外側をInPで形成し
た半導体レーザ装置にも適用可能である。
In the above embodiment, the case where an InGaAsP-based semiconductor laser device is manufactured has been described as an example.
The above embodiment is also applicable to other semiconductor laser devices having a multiple quantum well structure. For example, the present invention can be applied to a semiconductor laser device in which the well layer and the barrier layer are formed of AlGaInAs, the active layer side of the cladding layer is formed of AlInAs, and the outside is formed of InP.

【0040】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
The present invention has been described in connection with the preferred embodiments.
The present invention is not limited to these. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビームスポットサイズ変換部の遷移エネルギを、誘導放
出されたレーザ光のエネルギよりも大きい。このため、
ビームスポットサイズ変換部におけるレーザ光の吸収を
防止することができる。
As described above, according to the present invention,
The transition energy of the beam spot size conversion unit is larger than the energy of the stimulated emission laser light. For this reason,
It is possible to prevent laser beam absorption in the beam spot size conversion unit.

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

【図1】実施例による半導体レーザ装置の断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser device according to an embodiment.

【図2】実施例による半導体レーザ装置の活性層の遷移
エネルギの分布を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a transition energy distribution of an active layer of a semiconductor laser device according to an example.

【図3】実施例による半導体レーザ装置の製造方法を説
明するための基板平面図、断面図、及び斜視図である。
FIG. 3 is a plan view, a sectional view, and a perspective view of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment.

【図4】実施例による半導体レーザ装置の製造方法を説
明するための基板断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a substrate for describing a method of manufacturing the semiconductor laser device according to the embodiment.

【図5】実施例による半導体レーザ装置の製造方法を説
明するための基板断面図である。
FIG. 5 is a sectional view of a substrate for describing a method of manufacturing a semiconductor laser device according to an embodiment.

【図6】従来の半導体レーザ装置の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a conventional semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2、4 SCH層 3 活性層 5、6 p型クラッド層 7 p+型コンタクト層 8 保護膜 9 p側電極 10 n側電極 11 SiO2マスク 12 メサ状構造体 13 p型InP電流ブロック層 14 n型InP電流ブロック層 15 溝 20 境界 21 出射端面 22 反射端面 30 ビームスポットサイズ変換部 31 誘導放出部 40 マスクパターン 41 帯状領域 45 イオンビーム1 substrate 2, 4 SCH layer 3 an active layer 5, 6 p-type cladding layer 7 p + -type contact layer 8 protective film 9 p-side electrode 10 n-side electrode 11 SiO 2 mask 12 mesa structure 13 p-type InP current blocking layer Reference Signs List 14 n-type InP current blocking layer 15 groove 20 boundary 21 emission end face 22 reflection end face 30 beam spot size conversion section 31 stimulated emission section 40 mask pattern 41 band-shaped area 45 ion beam

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の半導体基板の表面上に、化
合物半導体材料からなる量子井戸層とバリア層とが交互
に積層された活性層を形成する工程であって、前記半導
体基板の表面内の第1の領域上の部分は、その厚さがほ
ぼ一定であり、該第1の領域に隣接する第2の領域上の
部分は、該第1の領域との境界から遠ざかるに従って徐
々に薄くなるような前記活性層を形成する工程と、 前記活性層の上に、前記第1導電型とは反対の第2導電
型の半導体材料からなるクラッド層を形成する工程と、 前記活性層の第1の領域上の部分において構成原子の混
合を生じさせることなく、前記活性層の前記第2の領域
上の部分において構成原子の混合を生じさせる工程とを
有する半導体レーザ装置の製造方法。
1. A step of forming, on a surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type, an active layer in which quantum well layers and barrier layers made of a compound semiconductor material are alternately stacked, wherein the surface of the semiconductor substrate is The portion on the first region has a substantially constant thickness, and the portion on the second region adjacent to the first region gradually increases as the distance from the boundary with the first region increases. Forming the active layer so as to be thinner; forming a cladding layer made of a semiconductor material of a second conductivity type opposite to the first conductivity type on the active layer; Producing a mixture of constituent atoms in a portion of the active layer on the second region without causing a mixture of constituent atoms in a portion on the first region.
【請求項2】 前記混合を生じさせる工程が、前記活性
層の前記第2の領域上の部分に、イオンビームを照射す
る工程を含む請求項1に記載の半導体レーザ装置の製造
方法。
2. The method according to claim 1, wherein the step of causing the mixing includes the step of irradiating a portion of the active layer on the second region with an ion beam.
【請求項3】 化合物半導体材料により形成された量子
井戸層とバリア層とが交互に積層された誘導放出部と、 前記誘導放出部の一つの端面において該誘導放出部に連
続し、該誘導放出部との境界から遠ざかるに従って薄く
なり、該誘導放出部と共に光共振器を構成するスポット
サイズ変換部であって、その組成が、前記誘導放出部を
構成する原子を混合した組成とほぼ等しい前記スポット
サイズ変換部と、 前記誘導放出部及びスポットサイズ変換部からなる層を
挟み、該誘導放出部及びスポットサイズ変換部よりも低
屈折率の半導体材料からなる一対のクラッド層とを有す
る半導体レーザ装置。
3. A stimulated emission portion in which quantum well layers and barrier layers formed of a compound semiconductor material are alternately stacked, and one end face of the stimulated emission portion is continuous with the stimulated emission portion, and the stimulated emission portion is provided. A spot size conversion section which becomes thinner as the distance from the boundary with the section increases and forms an optical resonator together with the stimulated emission section, wherein the spot has a composition substantially equal to a composition obtained by mixing atoms constituting the stimulated emission section. A semiconductor laser device comprising: a size conversion section; and a pair of cladding layers made of a semiconductor material having a lower refractive index than the stimulated emission section and the spot size conversion section, sandwiching a layer including the stimulated emission section and the spot size conversion section.
【請求項4】 さらに、前記一対のクラッド層の外側に
配置され、前記クラッド層及び誘導放出部に、その厚さ
方向の電流を流す一対の電極であって、前記誘導放出部
の面法線方向から見たとき、少なくとも一方の電極は、
前記誘導放出部と重なる領域に電流を流し、前記スポッ
トサイズ変換部と重なる領域には電流を流さない請求項
3に記載の半導体レーザ装置。
4. A pair of electrodes disposed outside the pair of cladding layers and for passing a current in the thickness direction to the cladding layer and the stimulated emission portion, wherein a surface normal of the stimulated emission portion is provided. When viewed from the direction, at least one electrode is
4. The semiconductor laser device according to claim 3, wherein a current flows in a region overlapping the stimulated emission unit, and no current flows in a region overlapping the spot size conversion unit. 5.
JP11171508A 1999-06-17 1999-06-17 Semiconductor laser device and method of manufacturing the same Withdrawn JP2001007440A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11171508A JP2001007440A (en) 1999-06-17 1999-06-17 Semiconductor laser device and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11171508A JP2001007440A (en) 1999-06-17 1999-06-17 Semiconductor laser device and method of manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001007440A true JP2001007440A (en) 2001-01-12

Family

ID=15924423

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11171508A Withdrawn JP2001007440A (en) 1999-06-17 1999-06-17 Semiconductor laser device and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001007440A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7551826B2 (en) * 2007-06-26 2009-06-23 The University Of Connecticut Integrated circuit employing low loss spot-size converter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7551826B2 (en) * 2007-06-26 2009-06-23 The University Of Connecticut Integrated circuit employing low loss spot-size converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3481458B2 (en) Semiconductor laser
JPS6215875A (en) Semiconductor device and manufacture thereof
EP0177221B1 (en) Semiconductor laser
JPH1197799A (en) Fabrication of semiconductor device
US10545285B2 (en) Hybrid optical assembly and method for fabricating same
JPH11112081A (en) Semiconductor laser and manufacture thereof
JP4690515B2 (en) Optical modulator, semiconductor optical device, and manufacturing method thereof
JP2882335B2 (en) Optical semiconductor device and method for manufacturing the same
JP6737158B2 (en) Quantum cascade semiconductor laser
WO2015015633A1 (en) Optical semiconductor device and method for manufacturing same
US11621541B2 (en) Quantum cascade laser
US20210305769A1 (en) Quantum cascade laser
JP2013229568A (en) Semiconductor optical device
US20210135431A1 (en) Quantum cascade laser
JP5163355B2 (en) Semiconductor laser device
JP2001007440A (en) Semiconductor laser device and method of manufacturing the same
JP5310271B2 (en) Semiconductor laser element
JP4983791B2 (en) Optical semiconductor element
JP4164248B2 (en) Semiconductor element, manufacturing method thereof, and semiconductor optical device
JPH0474876B2 (en)
JP7588722B2 (en) Semiconductor Optical Device
JP2004087564A (en) Semiconductor laser element and manufacturing method thereof
JPH0992936A (en) Semiconductor laser device
KR100745918B1 (en) Optical semiconductor element, method of manufacturing optical semiconductor element and optical module
JPS6334993A (en) Semiconductor laser device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20060905