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JPS63198388A - Semiconductor laser and its manufacture - Google Patents

Semiconductor laser and its manufacture

Info

Publication number
JPS63198388A
JPS63198388A JP2953887A JP2953887A JPS63198388A JP S63198388 A JPS63198388 A JP S63198388A JP 2953887 A JP2953887 A JP 2953887A JP 2953887 A JP2953887 A JP 2953887A JP S63198388 A JPS63198388 A JP S63198388A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
junction
semiconductor laser
groove structure
ridge structure
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.)
Pending
Application number
JP2953887A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jiro Tenmyo
天明 二郎
Shingo Uehara
上原 信吾
Atsuo Koumae
篤郎 幸前
Yuji Hasumi
蓮見 裕二
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.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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 Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2953887A priority Critical patent/JPS63198388A/en
Publication of JPS63198388A publication Critical patent/JPS63198388A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain a stable oscillation in the transverse mode by a method wherein a ridge structure or a V-groove structure is formed and a p-n junction part is incorporated in the ridge structure or the V-groove structure. CONSTITUTION:The following two are provided on a semiinsulating GaAs substrate 1: a laminate composed of an n<->.AlxGa1-xAs clad layer 2, an n<+>.AlyGa1-yAs active layer 3 (where x>y), an n.AlxGa1-xAs clad layer 4 and an n<+>.GaAs cap layer 5; a p<+> region 6 formed in the laminate. A p-n junction which has been formed in the n<+>.GaAs cap layer 5 is separated; a ridge structure or a V-groove structure which has been formed along the p-n junction is formed. That is to say, the p<+> region 6 is formed in the laminated film; on the other hand, the ridge structure or the V-groove structure is formed; the p-n junction part is incorporated into the ridge structure or the V-groove structure; the difference in a refractive index in the transverse direction is caused by a contact part of the p<+> region 6 with an air part or a GaAs layer where the ridge structure or the V-groove structure is formed on one side of the clad part. By this setup, a stable transverse mode is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光電子集積回路にも適用できるブレーナ電極
を有し、高温プロセスによらず形成できる横方向接合半
導体レーザおよびその製法に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a lateral junction semiconductor laser that has a brainer electrode that can be applied to optoelectronic integrated circuits and that can be formed without using a high-temperature process, and a method for manufacturing the same. .

〔従来の技術〕[Conventional technology]

横方向接合半導体レーザは、従来、第4図に示すような
構造からなっている(H,Kumabe他、ジャーナル
・オブ・ジャパン・アプライド・フィジクス(J、 J
、 A、 P、 )艮(1979)サブリメント18−
1 、 pp 371−375) 、すなわち、半絶縁
性(SI)基板1上に、n−AuGaAsクラッド層2
、n 4p−GaAs活性層3、n−AuGaAsクラ
ッド層4、n”−GaAsキャップ層5を順次エピタキ
シャル成長させ、上記キャップ層5の上からSI基板1
に到達するまでZnを気相拡散し、p++++6を形成
したのち、さらに900〜950℃の高温アニールを行
って、2−程度の拡散フロントのドライブを行いZn高
濃度P+拡散層9を設け、GaAs活性層3の横方向に
p ++  p +  n+領領域形成した構造で1図
における7および8はそれぞれp電極およびn電極を示
し、TJSレーザと呼ばれている。
A lateral junction semiconductor laser conventionally has a structure as shown in Figure 4 (H. Kumabe et al., Journal of Japan Applied Physics (J, J.
, A, P, ) Ai (1979) Subliment 18-
1, pp 371-375), i.e., an n-AuGaAs cladding layer 2 on a semi-insulating (SI) substrate 1.
, an n-4p-GaAs active layer 3, an n-AuGaAs cladding layer 4, and an n''-GaAs cap layer 5 are sequentially epitaxially grown, and the SI substrate 1 is grown from above the cap layer 5.
After vapor phase diffusion of Zn to form p+++++6 until reaching , high temperature annealing at 900 to 950°C is performed to drive a diffusion front of about 2- to form a Zn high concentration P+ diffusion layer 9, and then form a GaAs It has a structure in which a p ++ p + n+ region is formed in the lateral direction of the active layer 3, and 7 and 8 in FIG. 1 indicate a p electrode and an n electrode, respectively, and is called a TJS laser.

〔発明が解決しようとする問題点l 上記従来技術による横方向接合レーザレーザは、p++
++6の端部を熱拡散させてp+拡散層9を作り、pの
発光領域を形成する高温プロセスが。
[Problem to be solved by the invention l The lateral junction laser according to the above-mentioned prior art has p++
A high-temperature process is performed to thermally diffuse the ends of ++6 to form a p+ diffusion layer 9 and form a p light emitting region.

素子の歩留りを低下させ、さらにFET等との集積化を
行う際に、SI基板1にダメージを与えるなどの問題点
があった。
There are problems such as lowering the yield of elements and damaging the SI substrate 1 when integrating with FETs and the like.

本発明は、上記問題点を生じる高温プロセスを用いるこ
となく、横方向屈折差を形成した新しい横方向接合半導
体レーザおよびその製法を得ることを目的とする。
An object of the present invention is to provide a new lateral junction semiconductor laser in which a lateral refractive difference is formed without using a high-temperature process that causes the above-mentioned problems, and a method for manufacturing the same.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、リッジ構造あるいはV溝構造を形成し、上
記リッジ構造あるいはV溝構造にpn接合部をとりこむ
ことにより達成される。
The above object is achieved by forming a ridge structure or a V-groove structure and incorporating a pn junction into the ridge structure or V-groove structure.

〔作  用〕[For production]

本発明は、従来、横方向接合レーザの製作に際し用いら
れていた高温プロセスによる押込み拡散を用いないで、
積層膜にp領域を形成し、一方、リッジ構造またはV溝
構造を形成して上記リッジ構造または■溝構造にpn接
合部を取込み、クラッド部の片側に上記リッジ構造また
はV溝構造に設けた空気部あるいはGaAs層と上記p
領域との接触部により横方向屈折率差を生じさせ、安定
な横モードが得られるようにしたものである。
The present invention does not use indentation diffusion using a high-temperature process that has been conventionally used in the fabrication of lateral bonding lasers.
A p-region is formed in the laminated film, and a ridge structure or a V-groove structure is formed, and a pn junction is incorporated into the ridge structure or the groove structure, and the ridge structure or V-groove structure is provided on one side of the cladding part. Air part or GaAs layer and the above p
A transverse refractive index difference is caused by the contact portion with the region, and a stable transverse mode can be obtained.

〔実施例〕〔Example〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明による半導体レーザの第1実施例を示す
構造断面図、第2図は本発明の第2実施例を示す構造断
面図、第3図は本発明の第3実施例を示す構造断面図で
ある。第1実施例を示す第1図において、1はGaAs
5I基板、2はn−・AQXQ ax −X A sク
ラッド層、3はn ” # A11.Ga1−yAs活
性層(ただしx)y)、4はn−AllGaAsクラッ
ド層、5はn +・GaAsキャップ層、6はZn、B
e、Cdなどのpが2〜3X101sa11−3拡散さ
れた領域で、図における破線がpn接合を示している。
FIG. 1 is a structural sectional view showing a first embodiment of a semiconductor laser according to the invention, FIG. 2 is a structural sectional view showing a second embodiment of the invention, and FIG. 3 is a structural sectional view showing a third embodiment of the invention. It is a structural sectional view. In FIG. 1 showing the first embodiment, 1 is GaAs.
5I substrate, 2 is n-・AQXQ ax -X As cladding layer, 3 is n''# A11.Ga1-yAs active layer (x)y), 4 is n-AllGaAs cladding layer, 5 is n+・GaAs Cap layer, 6 is Zn, B
In the region where 2 to 3×101sa11-3 of p such as e and Cd are diffused, the broken line in the figure indicates a pn junction.

7はp電極、8はn電極である。上記半導体レーザの製
作に際しては、半絶縁性SI基板1上に液相エピタキシ
ャル法(LPE法)、分子線エピタキシャル法(MBE
法)、有機金属気相エピタキシャル法(MOVPE法)
などにより。
7 is a p-electrode, and 8 is an n-electrode. When manufacturing the above semiconductor laser, liquid phase epitaxial method (LPE method), molecular beam epitaxial method (MBE method) is applied on semi-insulating SI substrate 1.
method), metal organic vapor phase epitaxial method (MOVPE method)
etc. by.

上記のクラッド層2、活性層3、クラッド層4゜キャッ
プ層5を順次エピタキシャル成長させる。
The above-mentioned cladding layer 2, active layer 3, cladding layer 4° and cap layer 5 are epitaxially grown in this order.

。形ドーパントとしてSi、Ss、Snなどが用いられ
、クラッド層2およびメ4の厚さは1〜1.5−1活性
層3の厚さは0.05〜0.4−程度に制御する。つぎ
に、ZnないしCdなどの拡散を行うため、SiNある
いは5in2を0.2〜0.3p程度p−CVDないし
はスパッタリングで堆積し、ホトリソグラフィで拡散部
を規定して、RIEないしはウェットエツチングで50
0人程人程で拡散部の絶縁膜を薄くし、Zn拡散時の拡
散濃度が2〜3×10”am−”となるように制御する
。つぎに600〜700℃でZnの拡散を行い、拡散フ
ロントがSI基板1にまで到達するように制御する。上
記p+拡散はBe等のイオン注入法でも実現が可能であ
る。
. Si, Ss, Sn, etc. are used as a type dopant, and the thickness of the cladding layer 2 and the cladding layer 4 is controlled to be about 1 to 1.5-1, and the thickness of the active layer 3 is controlled to about 0.05 to 0.4. Next, in order to diffuse Zn or Cd, approximately 0.2 to 0.3p of SiN or 5in2 is deposited by p-CVD or sputtering, a diffusion region is defined by photolithography, and a 50% film is deposited by RIE or wet etching.
The insulating film in the diffusion part is made thinner by about 0 people, and the diffusion concentration during Zn diffusion is controlled to be 2 to 3 x 10 "am-". Next, Zn is diffused at 600 to 700° C. and controlled so that the diffusion front reaches the SI substrate 1. The above p+ diffusion can also be achieved by implanting Be or other ions.

その後、GaAsキャップ層5内に形成されるp+n+
接合をウェットエツチングで分離し、第1図に示すよう
に破線で示すp + n+接合がリッジ山部に含まれる
ようにリッジをRIEあるいはウェットエツチングで形
成する。このようにして形成された構造では、P+・G
aAs発光層はりッジガイド幅(d=2〜5声)で決定
され、屈折率導波構造が実現されて光閉じ込めが有効に
行われる。
After that, p+n+ formed in the GaAs cap layer 5
The junction is separated by wet etching, and a ridge is formed by RIE or wet etching so that the p+n+ junction shown by the broken line is included in the ridge portion as shown in FIG. In the structure formed in this way, P+・G
The width of the aAs light emitting layer is determined by the bridge guide width (d=2 to 5 tones), and a refractive index waveguide structure is realized to effectively confine light.

すなわち1本来はりッジ凹部の深さが活性層3にまでお
よんでいればより効率よく光の閉じ込め力1できるが、
上記活性W3をむき出しにすると、表面の不安定から特
性が劣化するので1本発明においては、活性層3に接す
るクラッド層4におよぶ深さのりッジにとどめている。
In other words, if the depth of the ridge recess extends to the active layer 3, the light confinement force 1 can be achieved more efficiently.
If the active W3 is exposed, the characteristics will deteriorate due to the instability of the surface, so in the present invention, the depth is limited to reach the cladding layer 4 in contact with the active layer 3.

上記のようにしても光のにじみ出し分がクラッド層4で
十分閉じ込められるようになるので、結果として、上記
活性層3でも閉じ込め効率が向上する効果をねらったも
のである。p電極7から電流を注入しn電極8に引抜け
ば、幅dで規定されるリッジ下部の活性層でレーザ発振
がおこり、安定な横モードが得られる。
Even with the above method, the leaking portion of light can be sufficiently confined in the cladding layer 4, so that as a result, the confinement efficiency of the active layer 3 is also improved. When a current is injected from the p-electrode 7 and drawn to the n-electrode 8, laser oscillation occurs in the active layer below the ridge defined by the width d, and a stable transverse mode is obtained.

第2図に示す本発明の第2実施例は、上記第1実施例に
おけるn+側のリッジ深さtRを零とした場合であって
、n=p)2〜3X10”ai−’ではp形の屈折率が
n形の屈折率より高くなるとともに、P形の実効バンド
ギャップが小さくなることを利用して導波構造を実現し
ている。ドーピングに応じてtRは零からクラッド層の
厚さの範囲で設定すれば、最適な横方向光閉じ込めを実
現することができる。
A second embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is a case where the ridge depth tR on the n+ side in the first embodiment is set to zero, and when n=p)2 to 3X10"ai-', the p-type The waveguide structure is realized by taking advantage of the fact that the refractive index of the N-type is higher than that of the N-type and the effective bandgap of the P-type is smaller.Depending on the doping, tR varies from zero to the thickness of the cladding layer. Optimum lateral light confinement can be achieved by setting within the range of .

第3図に示す本発明の第3実施例は、リッジ構造をSI
基板1の内部で実現し、リブ導波形になっている。横方
向の屈折率は第1実施例と同様に考えることができる。
A third embodiment of the present invention shown in FIG.
It is realized inside the substrate 1 and has a rib waveguide shape. The refractive index in the lateral direction can be considered in the same way as in the first embodiment.

ただし、第1実施例では表面側のクラッド層に横方向の
屈折率差を、空気層を設けることにより実現したのに対
し、本実施例では裏面(基板)側のクラッド層2に、G
 a A sとZn ドープ層との間の屈折率差を設け
た点が異なっている。また、第1実施例では表面に近い
部分の加工であるから垂直なりッジ壁面の形成が可能で
あるが1本実施例では加工の制約から7字溝になってい
る点だけが異なっている0本実施例の製作法は、最初S
I基板1内にウェットエツチングでV溝を形成したのち
、上記実施例と同様な方法でレーザ用エピタキシャル膜
を順次成長させる。
However, in the first embodiment, the lateral refractive index difference was achieved by providing an air layer in the cladding layer on the front surface side, whereas in this embodiment, the cladding layer 2 on the back surface (substrate) side was provided with a G
The difference is that a refractive index difference is provided between a As and the Zn doped layer. In addition, in the first embodiment, since the machining is performed on a portion close to the surface, it is possible to form a vertical ridge wall surface, but in this embodiment, the only difference is that a 7-shaped groove is formed due to processing constraints. 0 The manufacturing method of this example is first S
After forming a V-groove in the I-substrate 1 by wet etching, a laser epitaxial film is sequentially grown in the same manner as in the above embodiment.

p+領領域Zn拡散などで形成し、GaAsキャップ層
5に形成されたp + n+接合をウェットエツチング
で分離し、p電極7.″n電極8を形成して横方向接合
半導体レーザを得る。本実施例による半導体レーザの動
作は上記実施例と同様である。
The p+ region is formed by Zn diffusion, etc., and the p+n+ junction formed in the GaAs cap layer 5 is separated by wet etching to form the p-electrode 7. ``The n-electrode 8 is formed to obtain a lateral junction semiconductor laser.The operation of the semiconductor laser according to this embodiment is similar to that of the above embodiment.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

上記のように本発明による半導体レーザおよびその製法
は、半絶縁性GaAs基板上に、n−・AQx G a
l−x A sクラッド層と、n ” ” A+1yG
a1−yAs活性層(ただしx>y)と、n−AD、x
 G a 1− xA 9クラッド層と、n+・GaA
sキャップ層とからなる積層と、該積層に形成されたp
領域とを有し、上記n+・GaAsキャップ層に形成さ
れたpn接合が分離され、上記pn接合に沿って設けら
れたリッジ構造またはV溝構造を有することにより、従
来問題点であった高温のZnの拡散による歩留りの低下
および半絶縁性基板へのダメージを極力低減し、リッジ
導波路をレーザ発光部に取込み、より完全な導波構造を
再現性よく実現し、安定な横モード発振が得られるとい
う利点を有している。
As described above, the semiconductor laser according to the present invention and the method for manufacturing the same include n-・AQx Ga
l−x A s cladding layer, n ” ” A+1yG
a1-yAs active layer (where x>y), n-AD, x
Ga 1- xA 9 cladding layer and n+ GaA
A laminated layer consisting of an s cap layer and a p layer formed on the laminated layer.
The pn junction formed in the n+ GaAs cap layer is separated, and the ridge structure or V-groove structure provided along the pn junction eliminates the problem of high temperatures in the past. By minimizing the yield loss and damage to the semi-insulating substrate due to Zn diffusion, we incorporated a ridge waveguide into the laser emitting part, realized a more complete waveguide structure with good reproducibility, and achieved stable transverse mode oscillation. It has the advantage of being

また、高温プロセスを用いないため、MESFETとの
集積化などを行う場合にも適した半導体光源になり得る
Furthermore, since a high-temperature process is not used, the semiconductor light source can be suitable for integration with MESFETs.

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

第1図は本発明による半導体レーザの第1実施例を示す
構造断面図、第2図は本発明の第2実施例を示す構造断
面図、第3図は本発明の第3実施例を示す構造断面図、
第4図は従来の横方向接合レーザの断面図である。 1・・・半絶縁性GaAs基板 2− n −−AaXG al−X A sクラッド層
3 =−n ” ・AQyGat−yAs活性層4−n
−MxGal−yAsクラッド層5・・・n+・G a
 A sキャラプ層6・・・p+領領
FIG. 1 is a structural sectional view showing a first embodiment of a semiconductor laser according to the invention, FIG. 2 is a structural sectional view showing a second embodiment of the invention, and FIG. 3 is a structural sectional view showing a third embodiment of the invention. Structural cross section,
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional lateral junction laser. 1... Semi-insulating GaAs substrate 2-n --AaXGal-XAs cladding layer 3 =-n'' ・AQyGat-yAs active layer 4-n
-MxGal-yAs cladding layer 5...n+・G a
A sCharap layer 6...p+territory

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半絶縁性GaAs基板上に、n^−・Al_xGa
_1_−_xAsクラッド層と、n^+・Al_yGa
_1_−_yAs活性層(ただしx>y)と、n・Al
_xGa_1_−_xAsクラッド層と、n^+・Ga
Asキャップ層とからなる積層と、該積層に形成された
p^+領域とを有し、上記n^+・GaAsキャップ層
に形成されたpn接合が分離され、上記pn接合に沿っ
て設けられたリッジ構造またはV溝構造を有する半導体
レーザ。 2、上記リッジ構造は、上記n・Al_xGa_1_−
_xAsクラッド層に設けられていることを特徴とする
特許請求の範囲第1項に記載した半導体レーザ。 3、上記V溝構造は、上記半絶縁性基板内に設けられて
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載した
半導体レーザ。 4、半絶縁性GaAs基板上に、n^−・Al_xGa
_1_−_xAsクラッド層と、n^+・Al_yGa
_1_−_yAs活性層(ただしx>y)と、n・Al
_xGa_1_−_xAsクラッド層と、n^+・Ga
Asキャップ層とを順次積層し、該積層に拡散p^+領
域を形成したのち、上記n^+・GaAsキャップ層に
形成されたpn接合を分離し、上記pn接合に沿ってリ
ッジ構造を形成した半導体レーザの製法。 5、上記リッジ構造は、上記積層の形成に先立ち、半絶
縁性基板に形成されたV溝構造であることを特徴とする
特許請求の範囲第4項に記載した半導体レーザの製法。
[Claims] 1. On a semi-insulating GaAs substrate, n^-・Al_xGa
_1_-_xAs cladding layer and n^+・Al_yGa
_1_-_yAs active layer (where x>y) and n・Al
_xGa_1_-_xAs cladding layer and n^+・Ga
The pn junction formed in the n^+ GaAs cap layer is separated and the pn junction is provided along the pn junction. A semiconductor laser having a ridge structure or a V-groove structure. 2. The above ridge structure has the above n・Al_xGa_1_-
The semiconductor laser according to claim 1, characterized in that the semiconductor laser is provided in a _xAs cladding layer. 3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the V-groove structure is provided within the semi-insulating substrate. 4. On the semi-insulating GaAs substrate, n^-・Al_xGa
_1_-_xAs cladding layer and n^+・Al_yGa
_1_-_yAs active layer (where x>y) and n・Al
_xGa_1_-_xAs cladding layer and n^+・Ga
After sequentially stacking an As cap layer and forming a diffused p^+ region in the stacked layers, the pn junction formed in the n^+ GaAs cap layer is separated, and a ridge structure is formed along the pn junction. manufacturing method for semiconductor lasers. 5. The method for manufacturing a semiconductor laser according to claim 4, wherein the ridge structure is a V-groove structure formed in a semi-insulating substrate prior to the formation of the laminated layer.
JP2953887A 1987-02-13 1987-02-13 Semiconductor laser and its manufacture Pending JPS63198388A (en)

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