JPH0770784B2 - Lateral injection laser and manufacturing method thereof - Google Patents
Lateral injection laser and manufacturing method thereofInfo
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- JPH0770784B2 JPH0770784B2 JP21073091A JP21073091A JPH0770784B2 JP H0770784 B2 JPH0770784 B2 JP H0770784B2 JP 21073091 A JP21073091 A JP 21073091A JP 21073091 A JP21073091 A JP 21073091A JP H0770784 B2 JPH0770784 B2 JP H0770784B2
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は活性層への電流注入がエ
ピタキシャル成長層と平行に行われる構造の半導体レー
ザに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser having a structure in which a current is injected into an active layer in parallel with an epitaxial growth layer.
【0002】[0002]
【従来の技術】横方向注入レーザでは、すべての層を不
純物を添加せずにエピタキシャル成長させ、必要な部分
に不純物を拡散させることにより、エピタキシャル成長
層に水平な方向にpn接合を形成している。この構造に
より、エピタキシャル成長層に対して垂直に電流を注入
する従来タイプの半導体レーザに比較してpn領域間の
全容量を大幅に低減でき、また、pとnとの電極を同一
平面に配置できることから、光集積回路への集積化に適
すると考えられている。2. Description of the Related Art In a lateral injection laser, a pn junction is formed in the horizontal direction in an epitaxial growth layer by epitaxially growing all layers without adding impurities and diffusing the impurities in necessary portions. With this structure, the total capacitance between the pn regions can be significantly reduced as compared with the conventional type semiconductor laser in which a current is injected perpendicularly to the epitaxial growth layer, and the electrodes of p and n can be arranged on the same plane. Therefore, it is considered suitable for integration into an optical integrated circuit.
【0003】横方向注入レーザの具体的な構造の例とし
ては、フルタ他、エレクトロニクス・レターズ第24巻
第20号第1282頁から第1283頁(A.FURUTA et a
l.,Electron.Lett. Vol.24, No.20, pp.1282-1283) に
示されたものが知られている。この文献には、半絶縁性
GaAs基板上にアンドープのAlGaAs層および多
重量子井戸を形成し、その上にさらにアンドープのAl
GaAs層を成長させ、この上側のAlGaAs層に活
性層の発光領域に沿った二列の溝を形成し、この溝にそ
れぞれn型、p型の不純物を拡散して活性層を挟む横方
向のpn接合を形成した構造が示されている。n型の領
域とp型の領域とにはそれぞれ、上側のAlGaAs層
の溝以外の部分に形成されたGaAsコンタクト層を介
して電極が接続される。したがって、p側電極からの電
流は、コンタクト層、上側のAlGaAs層に形成され
たp型領域、および溝の底の部分のp型の領域を経由し
て横方向に活性層に注入される。この電流はさらに、反
対側の溝の底の部分のn型の領域、上側のAlGaAs
層に形成されたn型領域、およびコンタクト層を経由し
てn側電極に達する。As an example of a specific structure of the lateral injection laser, Fluta et al., Electronics Letters, Vol. 24, No. 20, pp. 1282 to 1283 (A.FURUTA et a.
L., Electron. Lett. Vol. 24, No. 20, pp. 1282-1283) are known. In this reference, an undoped AlGaAs layer and multiple quantum wells are formed on a semi-insulating GaAs substrate, and then undoped Al is further formed thereon.
A GaAs layer is grown, two rows of grooves are formed in the AlGaAs layer on the upper side along the light emitting region of the active layer, and n-type and p-type impurities are diffused in the grooves to sandwich the active layer in the lateral direction. The structure is shown with a pn junction formed. Electrodes are connected to the n-type region and the p-type region, respectively, through GaAs contact layers formed in the portions of the upper AlGaAs layer other than the groove. Therefore, the current from the p-side electrode is laterally injected into the active layer via the contact layer, the p-type region formed in the upper AlGaAs layer, and the p-type region at the bottom of the groove. This current is further transferred to the n-type region at the bottom of the groove on the opposite side, AlGaAs on the upper side.
It reaches the n-side electrode through the n-type region formed in the layer and the contact layer.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の構造で
は、加工上の問題から溝の幅がそれほど小さくできず、
電流は溝の底に沿って数μmにわたって流れなければな
らない。しかも、この溝の底の部分はその組成がAlG
aAsであり、不純物が注入または拡散されていてもそ
の抵抗率はかなり高い。このため、素子抵抗が大きくな
り、良好な特性を得ることは困難であった。However, in the conventional structure, the width of the groove cannot be reduced so much due to processing problems.
The current has to flow for several μm along the bottom of the groove. Moreover, the composition of the bottom portion of this groove is AlG.
It is aAs, and its resistivity is considerably high even if impurities are implanted or diffused. Therefore, the element resistance is increased, and it is difficult to obtain good characteristics.
【0005】本発明は、このような課題を解決し、素子
抵抗の小さい横方向注入レーザを提供することを目的と
する。It is an object of the present invention to solve the above problems and provide a lateral injection laser having a small device resistance.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は横
方向注入レーザの素子構造であり、半導体基板上に不純
物を添加することなくエピタキシャルに形成された複数
の半導体層を備え、この複数の半導体層の少なくとも一
つは電流注入により誘導放射光を発生する活性層として
形成され、この活性層に近接する層はこの活性層と屈折
率の異なる光閉込層として形成され、活性層の誘導放射
光発生方向に沿ってこの活性層と実質的に同一面内の両
側にp型領域とn型領域とを備えた横方向注入レーザに
おいて、光閉込層はp型領域およびn型領域の部分が薄
く形成され、この薄く形成された部分の少なくとも一
方、望ましくは双方に光閉込層より低抵抗の層を備え、
この低抵抗の層に電極が接続されたことを特徴とする。A first aspect of the present invention is a device structure of a lateral injection laser, which comprises a plurality of semiconductor layers epitaxially formed on a semiconductor substrate without adding impurities. At least one of the plurality of semiconductor layers is formed as an active layer that generates stimulated emission light by current injection, and a layer adjacent to the active layer is formed as a light confining layer having a refractive index different from that of the active layer. In a lateral injection laser having p-type regions and n-type regions on both sides substantially in the same plane as the stimulated emission light generation direction, the optical confinement layer includes p-type regions and n-type regions. A part of the region is thinly formed, and at least one of the thinly formed parts, preferably both, is provided with a layer having a lower resistance than the light confinement layer,
An electrode is connected to this low resistance layer.
【0007】活性層にGaAs結晶または量子井戸を用
い、光閉込層にAlGaAs混晶を用いる場合には、低
抵抗の層としてp型領域にはp型、n型領域にはn型の
GaAsを用いることが望ましい。InP系の場合に
は、活性層にInGaAsまたはInGaAsP混晶を
用い、光閉込層にInGaAsP混晶ないしInPを用
い、低抵抗の層として高濃度に不純物が添加されたIn
GaAs混晶を用いることができる。When a GaAs crystal or a quantum well is used for the active layer and an AlGaAs mixed crystal is used for the optical confinement layer, a p-type region is a p-type region and an n-type region is an n-type GaAs region as a low resistance layer. Is preferred. In the case of the InP system, InGaAs or InGaAsP mixed crystal is used for the active layer, InGaAsP mixed crystal or InP is used for the optical confinement layer, and In doped with high concentration as a low resistance layer is used.
A GaAs mixed crystal can be used.
【0008】本明細書では、三元系または四元系の混晶
について、特に必要な場合以外にはAlGaAs、In
GaAs、InGaAsPのように混晶比を省略して記
載する。In the present specification, for ternary or quaternary mixed crystals, AlGaAs, In are used unless otherwise required.
The mixed crystal ratio is omitted as in GaAs and InGaAsP.
【0009】光閉込層には、活性層の誘導放射光発生方
向に沿ってこの活性層と実質的に平行な面に周囲の層と
屈折率の異なるガイド層を備えることが望ましい。It is desirable that the light confinement layer is provided with a guide layer having a refractive index different from that of the surrounding layers on a surface substantially parallel to the active layer along the direction of generation of stimulated emission light.
【0010】本発明の第二の観点は上述の横方向注入レ
ーザを製造する方法であり、半導体基板上に活性層およ
び光閉込層を含む複数の半導体層を不純物を添加するこ
となくエピタキシャル成長させる第一工程と、活性層の
誘導放射光発生方向に沿った両側の部分を薄く形成する
第二工程と、この薄く形成された部分の一方にp型領
域、他方にn型領域を形成する第三工程とを含む横方向
注入レーザの製造方法において、第二工程に続いて前記
薄く形成された部分に低抵抗の層を成長させる工程を含
むことを特徴とする。A second aspect of the present invention is a method of manufacturing the above lateral injection laser, in which a plurality of semiconductor layers including an active layer and a light confinement layer are epitaxially grown on a semiconductor substrate without adding impurities. A first step, a second step of thinly forming portions on both sides of the active layer along the stimulated emission light generation direction, and a second step of forming a p-type region on one of the thinned portions and an n-type region on the other A method of manufacturing a lateral injection laser including three steps, characterized by including a step of growing a low resistance layer on the thinly formed portion, following the second step.
【0011】第二工程では、活性層の誘導放射光発生方
向に沿った部分にリッジストライプを残して他の部分を
エッチングしてもよく、活性層の誘導放射光発生方向に
沿ってリッジストライプを成長させてもよい。In the second step, the ridge stripe may be left in a portion of the active layer along the stimulated emission light generation direction, and the other portion may be etched. You may grow it.
【0012】p型領域およびn型領域を形成する第三工
程では、低抵抗の層が形成された後にイオン注入または
拡散により不純物を添加してもよいが、低抵抗の層を成
長させる工程においてその少なくとも一方に不純物を添
加しておいてもよい。In the third step of forming the p-type region and the n-type region, impurities may be added by ion implantation or diffusion after the low resistance layer is formed, but in the step of growing the low resistance layer. Impurities may be added to at least one of them.
【0013】低抵抗の層を成長させる工程では光閉込層
を全体に覆うように成長させ、第三工程によりp型領域
およびn型領域を形成した後にリッジストライプの上の
部分をエッチングしてもよく、リッジストライプの側部
にのみ低抵抗の層を選択成長させてもよい。エッチング
の代わりに、リッジストライプ上にO2 などをイオン注
入して絶縁化してもよい。In the step of growing the low resistance layer, the light confinement layer is grown so as to cover the entire surface, and the p-type region and the n-type region are formed in the third step, and then the upper portion of the ridge stripe is etched. Alternatively, a low resistance layer may be selectively grown only on the side of the ridge stripe. Instead of etching, O 2 or the like may be ion-implanted on the ridge stripe for insulation.
【0014】[0014]
【作用】電流を横方向に流す層として低抵抗の層を用い
ることにより、素子の直列抵抗が低減され、キャリアの
注入効率が高まり、駆動時の発熱が低減され、レーザ素
子としての発振特性が改善される。また、直流抵抗が低
減されることから、レーザ素子としての高周波特性が改
善される。By using a low resistance layer as a layer for passing a current in the lateral direction, the series resistance of the element is reduced, the carrier injection efficiency is increased, the heat generation during driving is reduced, and the oscillation characteristics of the laser element are improved. Be improved. Further, since the DC resistance is reduced, the high frequency characteristics of the laser device are improved.
【0015】[0015]
【実施例】図1は本発明実施例の横方向注入レーザの構
造を示す断面図であり、ストライプ方向を横切る断面の
構造を示す。1 is a cross-sectional view showing the structure of a lateral injection laser according to an embodiment of the present invention, showing the structure of a cross section that crosses the stripe direction.
【0016】この横方向注入レーザは、半導体基板1上
に不純物を添加することなくエピタキシャルに形成され
た複数の半導体層としてバッファ層2、超格子バッファ
層3、クラッド層4、GRIN(傾斜屈折率)層5、S
QW(単一量子井戸)層6、GRIN層7、ブロック層
8、ガイド層9およびクラッド層10を備える。SQW
層6は電流注入により誘導放射光を発生する活性層とし
て用いられ、このSQW層6に近接するGRIN層5、
7、クラッド層4、ブロック層8およびクラッド層10
はSQW層6と屈折率の異なる光閉込層として用いられ
る。また、SQW層6の誘導放射光発生方向に沿って、
このSQW層6と実質的に同一面内の両側に、p型領域
とn型領域とを備える。This lateral injection laser has a buffer layer 2, a superlattice buffer layer 3, a cladding layer 4, a GRIN (gradient refractive index) as a plurality of semiconductor layers epitaxially formed on the semiconductor substrate 1 without adding impurities. ) Layer 5, S
A QW (single quantum well) layer 6, a GRIN layer 7, a block layer 8, a guide layer 9 and a cladding layer 10 are provided. SQW
The layer 6 is used as an active layer for generating stimulated emission light by current injection, and the GRIN layer 5 adjacent to the SQW layer 6,
7, clad layer 4, block layer 8 and clad layer 10
Is used as an optical confinement layer having a refractive index different from that of the SQW layer 6. In addition, along the generation direction of the stimulated emission of the SQW layer 6,
A p-type region and an n-type region are provided on both sides in the same plane as the SQW layer 6.
【0017】ここで本実施例の特徴とするところは、光
閉込層、特にクラッド層10が、p型領域およびn型領
域の部分で薄く形成され、この薄く形成された部分にそ
れぞれGRIN層5、7、クラッド層4、ブロック層8
およびクラッド層10より低抵抗のキャップ層11を備
え、このキャップ層11にそれぞれ電極12、13が接
続されたことにある。The feature of this embodiment is that the light confinement layer, especially the cladding layer 10 is thinly formed in the p-type region and the n-type region, and the GRIN layer is formed in each of the thinly formed regions. 5, 7, clad layer 4, block layer 8
And the cap layer 11 having a resistance lower than that of the cladding layer 10, and the electrodes 12 and 13 are connected to the cap layer 11, respectively.
【0018】クラッド層10の一部が薄く形成されてい
ることから、このクラッド層10には、SQW層6によ
る誘導放射光発生方向に沿ってリッジストライプが形成
される。このリッジストライプとSQW層6との間に
は、横方向に光を閉じ込めるため、SQW層6と実質的
に平行な面に周囲の層と屈折率の異なるガイド層9を備
える。Since a part of the clad layer 10 is thinly formed, a ridge stripe is formed on the clad layer 10 along the direction in which the SQW layer 6 generates stimulated emission light. Between the ridge stripe and the SQW layer 6, a guide layer 9 having a refractive index different from that of the surrounding layers is provided on a surface substantially parallel to the SQW layer 6 in order to confine light in the lateral direction.
【0019】各層の組成例を以下に示し、実際に試作し
た素子の図1と同等の断面を図2に示す。図2において
(a)はSEM像写真であり、(b)は(a)の写真の
各部を説明する図である。An example of the composition of each layer is shown below, and FIG. 2 shows a cross section equivalent to that of FIG. 1 of an actually manufactured device. In FIG. 2, (a) is an SEM image photograph, and (b) is a diagram illustrating each part of the photograph of (a).
【0020】 基板1 半絶縁性GaAs バッファ層2 GaAs 超格子バッファ層3 GaAs/Al0.6 Ga0.4 As クラッド層4 Al0.6 Ga0.4 As GRIN層5 Alx Ga1-x As,x=0.6→0.3 SQW層6 GaAs GRIN層7 Alx Ga1-x As,x=0.3→0.6 ブロック層8 Al0.6 Ga0.4 As ガイド層9 Al0.3 Ga0.7 As クラッド層10 Al0.6 Ga0.4 As キャップ層11 GaAs(不純物Si、Zn)Substrate 1 Semi-insulating GaAs buffer layer 2 GaAs superlattice buffer layer 3 GaAs / Al 0.6 Ga 0.4 As clad layer 4 Al 0.6 Ga 0.4 As GRIN layer 5 Al x Ga 1-x As, x = 0.6 → 0.3 SQW layer 6 GaAs GRIN layer 7 Al x Ga 1-x As, x = 0.3 → 0.6 Block layer 8 Al 0.6 Ga 0.4 As Guide layer 9 Al 0.3 Ga 0.7 As Cladding layer 10 Al 0.6 Ga 0.4 As cap layer 11 GaAs (impurity Si, Zn)
【0021】図3ないし図10は図2に示した素子の製
造方法を示し、半導体基板上に活性層および光閉込層を
含む複数の半導体層を不純物を添加することなくエピタ
キシャル成長させる第一工程を図3ないし図5に、活性
層の誘導放射光発生方向に沿った両側の部分を薄く形成
する第二工程を図6に、この第二工程に続いて薄く形成
された部分に低抵抗の層を成長させる工程を図7に、薄
く形成された部分の一方にp型領域、他方にn型領域を
形成する第三工程を図8に、その後の工程を図9および
図10に示す。3 to 10 show a method of manufacturing the device shown in FIG. 2, in which a plurality of semiconductor layers including an active layer and an optical confinement layer are epitaxially grown on a semiconductor substrate without adding impurities. 3 to FIG. 5, a second step of thinly forming the portions on both sides of the active layer along the stimulated emission light generation direction is shown in FIG. 6, and subsequent to this second step, the thinly formed portion has a low resistance. The step of growing the layer is shown in FIG. 7, the third step of forming the p-type region in one of the thinly formed portions and the n-type region in the other is shown in FIG. 8, and the subsequent steps are shown in FIGS. 9 and 10.
【0022】図3に示す工程は第一のエピタキシャル工
程であり、基板1上にバッファ層2、超格子バッファ層
3、クラッド層4、GRIN層5、SQW層6、GRI
N層7、ブロック層8およびガイド層9を成長させた。
いずれの層にも不純物は添加していない。結晶成長には
MOVPE(有機金属気相成長)を用い、成長温度78
0℃、圧力100Torrの条件で行った。The process shown in FIG. 3 is the first epitaxial process, and includes the buffer layer 2, the superlattice buffer layer 3, the cladding layer 4, the GRIN layer 5, the SQW layer 6 and the GRI on the substrate 1.
The N layer 7, the block layer 8 and the guide layer 9 were grown.
No impurities were added to any of the layers. MOVPE (metalorganic vapor phase epitaxy) is used for crystal growth, and the growth temperature is 78
It was performed under the conditions of 0 ° C. and a pressure of 100 Torr.
【0023】続いて図4に示すリブエッチング工程で
は、液温5℃、H2 SO4 :H2 O2 :H2 O=4:
1:90の硫酸過水を用い、深さ0.04μm程度のエ
ッチングを行い、横方向に光を閉じ込めるための構造を
形成した。エッチングの深さは「ブロック層8内でエッ
チングが停止すればよい」という考えで設定した。これ
は、GRIN層7までエッチングすると特性の劣化が懸
念され、逆にガイド層9が残ると屈折率差が小さくなっ
て光の閉じ込め効果が悪化するからである。Subsequently, in the rib etching step shown in FIG. 4, the liquid temperature is 5 ° C., H 2 SO 4 : H 2 O 2 : H 2 O = 4:
Etching was performed to a depth of about 0.04 μm using 1:90 sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture to form a structure for confining light laterally. The etching depth was set based on the idea that "the etching should be stopped in the block layer 8". This is because if the GRIN layer 7 is also etched, the characteristics may be deteriorated, and conversely, if the guide layer 9 remains, the refractive index difference becomes small and the light confinement effect deteriorates.
【0024】リブエッチング工程の後、図5に示す第二
のエピタキシャル工程を実行し、不純物を添加せずにク
ラッド層10を成長させた。この工程においても、結晶
成長にはMOVPEを用い、成長温度750℃、圧力1
00Torrの条件で行った。このクラッド層10の組
成はブロック層8と同じなので、図5ではこれらの境界
面を破線で示した。After the rib etching step, the second epitaxial step shown in FIG. 5 was performed to grow the cladding layer 10 without adding impurities. Also in this step, MOVPE is used for the crystal growth, the growth temperature is 750 ° C., and the pressure is 1
It was performed under the conditions of 00 Torr. Since the composition of the clad layer 10 is the same as that of the block layer 8, these boundaries are shown by broken lines in FIG.
【0025】第二エピタキシャル工程に続いて図6に示
すリッジエッチング工程を実行し、液温30℃、H3 P
O4 :H2 O2 :H2 O=3:1:50のリン酸過水を
用いてクラッド層10をエッチングし、リッジストライ
プを形成した。このリッジストライプは、後の工程でイ
オンを全面に注入できるように、順メサ型にした。A ridge etching step shown in FIG. 6 is performed subsequent to the second epitaxial step, and the liquid temperature is 30 ° C. and H 3 P is used.
The ridge stripe was formed by etching the cladding layer 10 using phosphoric acid / hydrogen peroxide mixture of O 4 : H 2 O 2 : H 2 O = 3: 1: 50. This ridge stripe was of a forward mesa type so that ions could be implanted into the entire surface in a later step.
【0026】この後、図7に示す第三のエピタキシャル
工程を実行し、アンドープのキャップ層11を成長させ
た。この工程においても、結晶成長にはMOVPEを用
い、成長温度750℃、圧力100Torrの条件で行
った。After that, the third epitaxial step shown in FIG. 7 was performed to grow the undoped cap layer 11. Also in this step, MOVPE was used for crystal growth, and the growth temperature was 750 ° C. and the pressure was 100 Torr.
【0027】続いて、図8に示すイオン注入工程を行
い、リッジストライプを中心にして一方の側にSi、他
方の側にZnをイオン注入した。具体的には、リッジス
トライプの片側をレジストで覆って反対側にイオンを注
入し、そのときのレジストを除去した後に反対側をレジ
ストで覆って再び別のタイプのイオンを注入した。イオ
ンの注入エネルギおよびドーズ量は、 Si:注入エネルギ=100keV、ドーズ量=1×1015cm-2 Zn:注入エネルギ=150keV、ドーズ量=1×1015cm-2 とした。特性上は、ドーズ量が3×1014cm-2以上あ
れば問題ないと考えられる。Subsequently, the ion implantation step shown in FIG. 8 was performed to implant Si on one side and Zn on the other side centering on the ridge stripe. Specifically, one side of the ridge stripe was covered with a resist and ions were implanted into the opposite side, the resist at that time was removed, and then the opposite side was covered with a resist and another type of ions was implanted again. Ion implantation energy and dose amount were set as follows: Si: implantation energy = 100 keV, dose amount = 1 × 10 15 cm −2 Zn: implantation energy = 150 keV, dose amount = 1 × 10 15 cm −2 . In terms of characteristics, it is considered that there is no problem if the dose is 3 × 10 14 cm -2 or more.
【0028】イオン注入工程では、リッジストライプ上
のキャップ層11にSiとZnとの双方のイオンが注入
され、ここにpn接合が形成されてしまう。そこで、図
9に示すエッチング工程により、このリッジストライプ
上のキャップ層11を取り除いた。この工程では、液温
20℃のNH3 :H2 O2 =1:20のアンモニア過水
を用い、深さ0.3μm程度のエッチングを行った。図
9ではリッジストライプの上の部分だけが除去されてい
るように示しており、試作時にもそのように意図してリ
ッジストライプの斜面部分をマスクで覆っておいたが、
実際には、図2に示したように斜面部分のキャップ層1
1もエッチングされてしまった。In the ion implantation step, both Si and Zn ions are implanted into the cap layer 11 on the ridge stripe, and a pn junction is formed there. Therefore, the cap layer 11 on the ridge stripe was removed by the etching process shown in FIG. In this step, NH 3 : H 2 O 2 = 1: 20 ammonia-hydrogen peroxide mixture having a liquid temperature of 20 ° C. was used to perform etching to a depth of about 0.3 μm. In FIG. 9, it is shown that only the upper portion of the ridge stripe is removed, and the inclined surface portion of the ridge stripe was intentionally covered with a mask even in the trial manufacture.
Actually, as shown in FIG. 2, the cap layer 1 on the slope portion
1 was also etched.
【0029】このエッチングの後、図10に示すよう
に、800℃、120分のアニーリングを行い、不純物
の熱拡散によってSQW層6の一部を無秩序化し、ま
た、リッジストライプを挟んでpn接合を形成した。After this etching, as shown in FIG. 10, annealing is performed at 800 ° C. for 120 minutes to disorder part of the SQW layer 6 by thermal diffusion of impurities, and a pn junction is formed with a ridge stripe in between. Formed.
【0030】この後、リッジストライプの両側のキャッ
プ層11にそれぞれAuGe/Auのn電極12、Ag
Zn/Auのp電極13を設け、基板1の裏面を研磨し
て全膜厚を100μm程度にし、アロイングのためN2
雰囲気中で350℃、2分間加熱して図2に示した素子
を得た。After that, the AuGe / Au n electrodes 12 and Ag are formed on the cap layers 11 on both sides of the ridge stripe, respectively.
The p-electrode 13 of the Zn / Au is provided, the total thickness of about 100μm by polishing the back surface of the substrate 1, for alloying N 2
The device shown in FIG. 2 was obtained by heating in an atmosphere at 350 ° C. for 2 minutes.
【0031】図11は共振器長1000μmとして試作
した素子の特性例を示す。この特性は連続発振時のもの
であり、横軸は注入電流、縦軸は出力パワーとバイアス
電圧とを示す。この例では、注入電流38.8mAをし
きい値としてレーザ発振が生じ、そのときのバイアス電
圧は2.11Vであった。パルス発振の場合にはさらに
低しきい値電流の特性が得られ、この素子が十分な特性
を示すことがわかった。また、近視野像を測定したとこ
ろ、リッジ付近のみで発光していることがわかった。FIG. 11 shows an example of the characteristics of a prototype device having a resonator length of 1000 μm. This characteristic is for continuous oscillation, the horizontal axis represents the injection current, and the vertical axis represents the output power and the bias voltage. In this example, laser oscillation occurred with an injection current of 38.8 mA as a threshold, and the bias voltage at that time was 2.11V. In the case of pulse oscillation, the characteristics of lower threshold current were obtained, and it was found that this element showed sufficient characteristics. Also, when the near-field image was measured, it was found that light was emitted only near the ridge.
【0032】図12ないし図14は図5ないし図6に示
した工程の変形例を示す。この方法では、低抵抗の層を
全面に成長させてからリッジエッチングを行うのではな
く、活性層の誘導放射光発生方向に沿ってリッジストラ
イプを選択成長させる。すなわち、リッジストライプを
形成しようとする部分に窓の開いたマスク120を用い
てクラッド層10を成長させ、マスク120を除去して
さらにキャップ層11を成長させる。12 to 14 show a modification of the steps shown in FIGS. 5 to 6. In this method, instead of growing a low resistance layer on the entire surface and then performing ridge etching, a ridge stripe is selectively grown along the stimulated emission light generation direction of the active layer. That is, the clad layer 10 is grown using the mask 120 having an opening in the portion where the ridge stripe is to be formed, the mask 120 is removed, and the cap layer 11 is further grown.
【0033】図15および図16は図7および図9に示
した工程の変形例を示す。この方法では、キャップ層1
1を全面に成長させてからリッジストライプの上の部分
をエッチングするのではなく、リッジストライプの上に
マスク150を設けておいて、必要な部分のみにキャッ
プ層11を選択成長させる。FIGS. 15 and 16 show a modification of the steps shown in FIGS. 7 and 9. In this method, the cap layer 1
1 is not grown on the entire surface and then the portion above the ridge stripe is not etched, but a mask 150 is provided on the ridge stripe and the cap layer 11 is selectively grown only on the necessary portion.
【0034】以上の説明ではイオン注入により不純物を
添加していたが、少なくともリッジストライプの片側に
ついて拡散法により不純物を添加しても本発明を同様に
実施でき、イオン注入の回数を減らすことができる。ま
た、アニールをランプアニールにより行っても本発明を
同様に実施できる。さらに、リッジストライプ上にもキ
ャップ層11を成長させた場合には、エッチングの代わ
りに、リッジストライプ上にO2 などをイオン注入して
絶縁化しても本発明を同様に実施できる。活性層につい
ては、SQWの代わりにMQWやバルクを用いても本発
明を同様に実施できる。Although the impurity is added by ion implantation in the above description, the present invention can be similarly implemented even if the impurity is added by a diffusion method to at least one side of the ridge stripe, and the number of times of ion implantation can be reduced. . Further, the present invention can be similarly implemented even if the annealing is performed by lamp annealing. Further, when the cap layer 11 is grown also on the ridge stripe, the present invention can be similarly implemented by ion-implanting O 2 or the like on the ridge stripe for insulation instead of etching. For the active layer, the present invention can be similarly implemented by using MQW or bulk instead of SQW.
【0035】また、GaAsに格子整合する組成だけで
なく、他の材料を用いた場合にも本発明を同様に実施で
きる。例えばInPに格子整合させる場合の各層の組成
例を以下に示す。The present invention can be similarly implemented not only when the composition is lattice-matched with GaAs but also when another material is used. For example, a composition example of each layer when lattice matching with InP is shown below.
【0036】 基板1 InP クラッド層(上述のバッファ層2ないしクラッド層4に相当) InP 閉込層(上述のGRIN層5、7に相当) InGaAsP (例えばλg =1.1、1.2、1.3μmの三段構成) SQW層6 InGaAs ブロック層8 InP ガイド層9 InGaAsP(λg =1.3μm) クラッド層10 InP キャップ層11 InGaAs InGaAsPの組成はInPに格子整合するものを選
ぶ。λg は禁制帯幅に対応する光の波長である。イオン
注入または熱拡散により添加される不純物としては、n
型にはSi、p型にはBeが一般的である。Substrate 1 InP clad layer (corresponding to buffer layer 2 to cladding layer 4 described above) InP confinement layer (corresponding to GRIN layers 5 and 7 described above) InGaAsP (eg λ g = 1.1, 1.2, 1.3 μm three-stage structure) SQW layer 6 InGaAs block layer 8 InP guide layer 9 InGaAsP (λ g = 1.3 μm) Cladding layer 10 InP cap layer 11 InGaAs InGaAsP is selected to have a lattice matching with InP. λ g is the wavelength of light corresponding to the band gap. The impurity added by ion implantation or thermal diffusion is n
Si is generally used as a mold and Be is commonly used as a p-type.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の横方向注
入レーザは、電流が横方向に流れる層に低抵抗の層を設
けることにより、素子の直列抵抗を低減できる。このた
め、用意に効率よくキャリアを注入でき、素子駆動時の
発熱が低減されるので、素子の発振特性が改善される効
果がある。また、キャリア注入の効率が高いことから、
素子の高周波特性が改善される効果がある。As described above, in the lateral injection laser of the present invention, the series resistance of the device can be reduced by providing the low resistance layer in the layer in which the current flows in the lateral direction. Therefore, carriers can be easily and efficiently injected, and heat generated when the device is driven is reduced, so that the oscillation characteristics of the device are improved. Also, since the efficiency of carrier injection is high,
This has the effect of improving the high frequency characteristics of the device.
【0038】横方向注入レーザは構造的に集積化に適し
ているが、本発明の横方向注入レーザはさらに、発振特
性、高周波特性がよく、発熱も小さい。したがって、光
集積回路内に集積化される光源に利用して特に効果があ
る。Although the lateral injection laser is structurally suitable for integration, the lateral injection laser of the present invention is further excellent in oscillation characteristics, high frequency characteristics, and generates little heat. Therefore, it is particularly effective when used for a light source integrated in an optical integrated circuit.
【図1】本発明実施例の横方向注入レーザの構造を示す
断面図であり、ストライプ方向を横切る断面の構造を示
す図。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a lateral injection laser according to an embodiment of the present invention, showing the structure of a cross section that crosses the stripe direction.
【図2】実際に試作した素子の断面を示す図であり、
(a)はSEM像写真、(b)は写真の各部を説明する
図。FIG. 2 is a diagram showing a cross section of an actually manufactured device,
(A) is an SEM image photograph, (b) is a figure explaining each part of a photograph.
【図3】実施例の製造方法を示す図であり、第一のエピ
タキシャル工程を示す図。FIG. 3 is a diagram showing the manufacturing method of the example, showing a first epitaxial step.
【図4】実施例の製造方法を示す図であり、リブエッチ
ング工程を示す図。FIG. 4 is a diagram showing the manufacturing method of the embodiment, and a diagram showing a rib etching step.
【図5】実施例の製造方法を示す図であり、第二のエピ
タキシャル工程を示す図。FIG. 5 is a diagram showing the manufacturing method of the example, and a diagram showing a second epitaxial step.
【図6】実施例の製造方法を示す図であり、リッジエッ
チング工程を示す図。FIG. 6 is a diagram showing the manufacturing method of the example, and a diagram showing a ridge etching step.
【図7】実施例の製造方法を示す図であり、第三のエピ
タキシャル工程を示す図。FIG. 7 is a diagram showing the manufacturing method of the example, and a diagram showing a third epitaxial step.
【図8】実施例の製造方法を示す図であり、イオン注入
工程を示す図。FIG. 8 is a diagram showing the manufacturing method of the example, and a diagram showing an ion implantation step.
【図9】実施例の製造方法を示す図であり、リッジスト
ライプ上のキャップ層に対するエッチング工程を示す
図。FIG. 9 is a diagram showing the manufacturing method of the example, and a diagram showing an etching step for the cap layer on the ridge stripe.
【図10】実施例の製造方法を示す図であり、アニーリ
ング工程を示す図。FIG. 10 is a diagram showing the manufacturing method of the example, and a diagram showing an annealing step.
【図11】試作した素子の特性例を示す図。FIG. 11 is a diagram showing an example of characteristics of a prototype device.
【図12】製造方法の変形例を示す図であり、選択成長
のためのマスク形成を示す図。FIG. 12 is a diagram showing a modified example of the manufacturing method, which is a diagram showing mask formation for selective growth.
【図13】製造方法の変形例を示す図であり、クラッド
層の選択成長を示す図。FIG. 13 is a diagram showing a modified example of the manufacturing method, and a diagram showing selective growth of the cladding layer.
【図14】製造方法の変形例を示す図であり、キャップ
層の成長を示す図。FIG. 14 is a diagram showing a modified example of the manufacturing method, showing the growth of the cap layer.
【図15】製造方法の変形例を示す図であり、選択成長
のためのマスク形成を示す図。FIG. 15 is a diagram showing a modified example of the manufacturing method, showing a mask formation for selective growth.
【図16】製造方法の変形例を示す図であり、キャップ
層の選択成長を示す図。FIG. 16 is a diagram showing a modified example of the manufacturing method, showing a selective growth of the cap layer.
1 基板 2 バッファ層 3 超格子バッファ層 4、10 クラッド層 5、7 GRIN層 6 SQW層 8 ブロック層 9 ガイド層 11 キャップ層 12、13 電極 1 substrate 2 buffer layer 3 superlattice buffer layer 4, 10 clad layer 5, 7 GRIN layer 6 SQW layer 8 block layer 9 guide layer 11 cap layer 12, 13 electrode
Claims (6)
くエピタキシャルに形成された複数の半導体層を備え、 この複数の半導体層の少なくとも一つは電流注入により
誘導放射光を発生する活性層(6)として形成され、 この活性層に近接する層はこの活性層と屈折率の異なる
光閉込層(4、5、7、8、10)として形成され、 前記活性層の誘導放射光発生方向に沿ってこの活性層と
実質的に同一面内の両側にp型領域とn型領域とを備え
た横方向注入レーザにおいて、 前記光閉込層は前記p型領域および前記n型領域の部分
が薄く形成され、 この薄く形成された部分の少なくとも一方に前記光閉込
層より低抵抗の層(11)を備え、 この低抵抗の層に電極が接続されたことを特徴とする横
方向注入レーザ。1. A semiconductor substrate is provided with a plurality of semiconductor layers epitaxially formed without adding impurities, and at least one of the plurality of semiconductor layers is an active layer (6) that generates stimulated emission light by current injection. ) Is formed as a light confinement layer (4, 5, 7, 8, 10) having a refractive index different from that of the active layer, and is disposed in the direction of generation of stimulated emission light of the active layer. A lateral injection laser having a p-type region and an n-type region on both sides substantially in the same plane as the active layer, wherein the optical confinement layer includes the p-type region and the n-type region. A lateral injection laser, which is characterized in that it is thinly formed, and a layer (11) having a resistance lower than that of the light confinement layer is provided on at least one of the thinly formed portions, and an electrode is connected to the layer of low resistance. .
形成され、 光閉込層はAlGaAs混晶を主成分とする材料で形成
され、 低抵抗の層はGaAsを主成分とする材料で形成された
請求項1記載の横方向注入レーザ。2. The active layer is formed of a material containing GaAs as a main component, the optical confinement layer is formed of a material containing AlGaAs mixed crystal as a main component, and the low resistance layer is formed of a material containing GaAs as a main component. A lateral injection laser as defined in claim 1 formed.
方向に沿ってこの活性層と実質的に平行な面に周囲の層
と屈折率の異なるガイド層(9)を備えた請求項1記載
の横方向注入レーザ。3. The light confinement layer is provided with a guide layer (9) having a refractive index different from that of the surrounding layers on a surface substantially parallel to the active layer in the direction of generation of stimulated emission light. The lateral injection laser according to claim 1.
含む複数の半導体層を不純物を添加することなくエピタ
キシャル成長させる第一工程と、 前記活性層の誘導放射光発生方向に沿った両側の部分を
薄く形成する第二工程と、 この薄く形成された部分の一方にp型領域、他方にn型
領域を形成する第三工程とを含む横方向注入レーザの製
造方法において、 前記第二工程に続いて前記薄く形成された部分に低抵抗
の層を成長させる工程を含むことを特徴とする横方向注
入レーザの製造方法。4. A first step of epitaxially growing a plurality of semiconductor layers including an active layer and a light confinement layer on a semiconductor substrate without adding an impurity, and a step of forming both sides of the active layer along a generation direction of stimulated emission light. A method of manufacturing a lateral injection laser, comprising: a second step of forming a thin portion; and a third step of forming a p-type region in one of the thinly formed portions and an n-type region in the other, the second step And a step of growing a low resistance layer on the thinly formed portion, followed by.
向に沿った部分にリッジストライプを残して他の部分を
エッチングするエッチング工程を含む請求項4記載の横
方向注入レーザの製造方法。5. The method of manufacturing a lateral injection laser according to claim 4, wherein the second step includes an etching step of etching the other portion of the active layer while leaving the ridge stripe in the portion along the stimulated emission light generation direction. .
向に沿ってリッジストライプを成長させる選択エピタキ
シャル工程を含む請求項4記載の横方向注入レーザの製
造方法。6. The method of manufacturing a lateral injection laser according to claim 4, wherein the second step includes a selective epitaxial step of growing a ridge stripe along a direction of generation of stimulated emission light of the active layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21073091A JPH0770784B2 (en) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | Lateral injection laser and manufacturing method thereof |
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JP21073091A JPH0770784B2 (en) | 1991-08-22 | 1991-08-22 | Lateral injection laser and manufacturing method thereof |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH0555685A JPH0555685A (en) | 1993-03-05 |
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WO2022113153A1 (en) * | 2020-11-24 | 2022-06-02 | 日本電信電話株式会社 | Semiconductor optical element |
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- 1991-08-22 JP JP21073091A patent/JPH0770784B2/en not_active Expired - Fee Related
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