JPH0195583A - Buried-type semiconductor laser device - Google Patents

Buried-type semiconductor laser device

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JPH0195583A
JPH0195583A JP25324687A JP25324687A JPH0195583A JP H0195583 A JPH0195583 A JP H0195583A JP 25324687 A JP25324687 A JP 25324687A JP 25324687 A JP25324687 A JP 25324687A JP H0195583 A JPH0195583 A JP H0195583A
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JP
Japan
Prior art keywords
buried
layer
semiconductor laser
substrate
laser device
Prior art date
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Pending
Application number
JP25324687A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Hosoda
昌宏 細田
Kazuaki Sasaki
和明 佐々木
Masaki Kondo
正樹 近藤
Saburo Yamamoto
三郎 山本
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.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Publication of JPH0195583A publication Critical patent/JPH0195583A/en
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、屈折率導波型半導体レーザの素子構造に関
するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to an element structure of an index-guided semiconductor laser.

[従来の技術] 従来の半導体レーザ素子を光導波機構で分類すると、利
得導波型と屈折率導波型とに分類される。
[Prior Art] Conventional semiconductor laser devices are classified by optical waveguide mechanism into gain waveguide type and refractive index waveguide type.

実用面で重要である横モード安定性の観点からは、屈折
率導波型の方が断熱有利であり、様々な構造の屈折率導
波路を有する半導体レーザが開発されている。屈折率導
波型半導体レーザの代表的なものとして、B H(Bu
rled l1eterostructure)レーザ
および、V S I S (v−channeled 
5ubstrate Inner 5tr1pc)レー
ザが知られている。
From the viewpoint of transverse mode stability, which is important in practical terms, the refractive index waveguide type is more advantageous in terms of heat insulation, and semiconductor lasers having refractive index waveguides with various structures have been developed. BH (Bu
rled l1eterostructure) laser and V S I S (v-channeled
5ubstrate inner 5tr1pc) laser is known.

第2図に示すBHレーザは、基板1上にレーザ発振用活
性層4をクラッド層3.5で挟設したダブルへテロ構造
をメサ型に堆積し、このメサ型構造の両側を低屈折率物
質で埋め込んだ構造を有している。このため、完全な屈
折率導波作用に基づくレーザ発振動作を示し、しきい値
電流が10mA以下の非常に小さい値になるという利点
を有する。
The BH laser shown in FIG. 2 has a mesa-shaped double heterostructure in which a laser oscillation active layer 4 is sandwiched between cladding layers 3.5 on a substrate 1, and both sides of this mesa-shaped structure have a low refractive index. It has a structure filled with matter. Therefore, it exhibits a laser oscillation operation based on a perfect refractive index waveguide effect, and has the advantage that the threshold current is a very small value of 10 mA or less.

しかしながら、低屈折率物質の埋め込み層6の屈折率お
よびメサ型構造の幅に相当する導波路幅Wを適当に選択
しないと、高次横モードで発振しやすいという欠点があ
る。したがって、製作条件に制約が多く、シかも基本モ
ードで発振させるには、導波路幅Wを2μm以下にする
必要があるので、レーザ端面が比較的低出力でも破壊し
やすくなり、量産性および信頼性が確保されない。なお
、第2図中の9は、電極とオーミックコンタクトを得る
ためのキャップ層を示す。
However, unless the refractive index of the buried layer 6 made of a low refractive index material and the waveguide width W corresponding to the width of the mesa structure are appropriately selected, there is a drawback that oscillation is likely to occur in a higher-order transverse mode. Therefore, there are many restrictions on manufacturing conditions, and in order to oscillate in the fundamental mode, the waveguide width W needs to be 2 μm or less, which makes the laser end face easy to break even at relatively low output, which reduces mass production and reliability. gender is not guaranteed. Note that 9 in FIG. 2 indicates a cap layer for obtaining ohmic contact with the electrode.

第3図に示すVSISレーザは、基板11上に逆極性の
電流阻止層12を設け、電流阻止層12から基板11に
達する7字溝を形成して、電流通路を開通させた上に、
平坦な活性層14をクラッド層13.15で挾設したダ
ブルへテロ接合構造を積層した構造を有している。
The VSIS laser shown in FIG. 3 has a current blocking layer 12 of opposite polarity provided on a substrate 11, a 7-shaped groove extending from the current blocking layer 12 to the substrate 11 to open a current path, and
It has a laminated double heterojunction structure in which a flat active layer 14 is sandwiched between cladding layers 13 and 15.

7字溝の幅に相当する導波路幅Wは、4〜7μmに広く
設定しても、高次横モードが発生しないという利点を有
している。これは、導波路の外側の光が基板11に吸収
されるため、高次モード利得が抑制されるからである。
Even if the waveguide width W corresponding to the width of the 7-shaped groove is set widely to 4 to 7 μm, it has the advantage that higher-order transverse modes do not occur. This is because the light outside the waveguide is absorbed by the substrate 11, which suppresses the higher-order mode gain.

しかし、しきい値電流が40〜60mA程度になり、B
Hレーザに比べて非常に高いという欠点がある。この理
由は、電流が電流阻止層12による内部ストライプ構造
によって狭窄されているが、活性層14内に注入された
キャリアは活性層14の両側の方向に拡散し、レーザ発
振に対して無効となるキャリアが増大するからである。
However, the threshold current is about 40 to 60 mA, and B
The drawback is that it is much more expensive than the H laser. The reason for this is that although the current is constricted by the internal stripe structure of the current blocking layer 12, carriers injected into the active layer 14 diffuse to both sides of the active layer 14, making them ineffective against laser oscillation. This is because your career will increase.

この無効キャリアは、不必要な自然放出光および発熱に
消費され、しきい値電流を増加させると同時に、レーザ
素子の信頼性に悪影響を与える。なお、第3図中の19
は、電極とオーミックコンタクトを得るためのキャップ
層を示す。
These invalid carriers are consumed by unnecessary spontaneous emission and heat generation, which increases the threshold current and adversely affects the reliability of the laser device. In addition, 19 in Figure 3
indicates a cap layer to obtain ohmic contact with the electrode.

上述のBHレーザとVSISレーザのそれぞれの問題点
を解決するため、第4図に示すようにVSISレーザの
V溝の両側を、pn逆バイアス接合を含む多層結晶によ
り埋め込む構造が考えられている。第4図に示す埋め込
み型VSISレーザは、基板21上に逆極性の電流阻止
層22を設け、電流阻止層22から基板21に達するV
溝部32を形成して電流通路を開通させ、その上に平坦
な活性層24をクラッド層23.25で挾設したダブル
へテロ接合構造を積層し、さらに保護層26を積層した
後、この積層構造の両側を電流阻止層22に達するまで
除去し、除去した部分にpn逆バイアス接合した埋め込
み層27.28を設け、これらの上に、電極とのオーミ
ックコンタクトを得るためのオーミックコンタクト形成
層29を形成している。
In order to solve the above-mentioned problems of the BH laser and the VSIS laser, a structure has been considered in which both sides of the V groove of the VSIS laser are buried with a multilayer crystal including a pn reverse bias junction, as shown in FIG. The buried type VSIS laser shown in FIG.
A groove 32 is formed to open a current path, a double heterojunction structure in which a flat active layer 24 is sandwiched between cladding layers 23 and 25 is laminated thereon, and a protective layer 26 is further laminated. Both sides of the structure are removed until reaching the current blocking layer 22, buried layers 27 and 28 are provided in the removed portions with pn reverse bias junction, and on top of these are ohmic contact forming layers 29 for obtaining ohmic contact with the electrodes. is formed.

この構造は、活性層24へのキャリアの注入をストライ
プ状メサ部33にのみ限定して横方向への拡がりを防止
し、かつ基板21と電流阻IL層22のGaAs層によ
る光吸収を利用した屈折率導波機構を有するため、高次
モードの発生を抑制できる利点がある。
This structure limits carrier injection into the active layer 24 only to the striped mesa portion 33 to prevent it from spreading laterally, and utilizes light absorption by the GaAs layer of the substrate 21 and current blocking IL layer 22. Since it has a refractive index waveguide mechanism, it has the advantage of suppressing the generation of higher-order modes.

[発明が解決しようとする問題点] このような素子構造は、たとえば液相エピタキシャル(
L P E)成長法により作製されるが、電流阻止層、
ダブルへテロ接合層および埋め込み層の3回の成長が必
要であり、工程が複雑で歩留りも低いという問題点を有
している。また、製造コストも上昇するという問題点を
有している。
[Problems to be solved by the invention] Such an element structure is, for example, liquid phase epitaxial (
Although it is produced by the L P E) growth method, a current blocking layer,
The double heterojunction layer and the buried layer need to be grown three times, resulting in a complicated process and low yield. Furthermore, there is a problem in that the manufacturing cost also increases.

それゆえに、この発明の目的は、このような従来の構造
が有する3回の成長による工程の複雑化、歩留りの低下
および製造コストの上昇を抑制することのできる埋め込
み型半導体レーザ素子を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a buried semiconductor laser device that can suppress the complication of the process, the decrease in yield, and the increase in manufacturing cost caused by three-time growth, which are inherent in the conventional structure. It is in.

[問題点を解決するための手段および作用]この発明の
半導体レーザ素子は、基板上に形成された発光領域とな
る活性層を何するストライプ状のメサ部と、該メサ部内
の基板に形成されたストライプ溝の両側部で活性層から
の光を吸収する  。
[Means and effects for solving the problems] The semiconductor laser device of the present invention has a striped mesa portion formed on a substrate and forming an active layer serving as a light emitting region, and a striped mesa portion formed on the substrate within the mesa portion. Light from the active layer is absorbed on both sides of the striped groove.

ことにより活性層に形成される光導波路と、メサ部の両
側部に多層に埋め込まれる埋め込み層とを備え、埋め込
み層の少なくとも一層が0.1Ω・cm以上の抵抗率を
有する結晶層であることを特徴としている。
and an optical waveguide formed in the active layer, and buried layers buried in multiple layers on both sides of the mesa portion, and at least one of the buried layers is a crystal layer having a resistivity of 0.1 Ω·cm or more. It is characterized by

この発明のレーザ素子構造によれば、0.1Ω・cm以
上の抵抗率を有する結晶層を含む埋め込み層が、ストラ
イプ状メサ部の両側部で基板に達するまで形成される。
According to the laser element structure of the present invention, a buried layer including a crystal layer having a resistivity of 0.1 Ω·cm or more is formed on both sides of the striped mesa portion until reaching the substrate.

したがって、ストライプ状メサ部側面でのリーク電流お
よび基板から埋め込み層領域を経由するリーク電流を抑
制することができ、リーク電流のない良好な素子特性が
得られる。また、このような構造にすれば、たとえば2
回の液相エピタキシャル(L P E)成長によって形
成することができ、製造工程が簡略化し、素子の歩留り
が向上するとともに製造コストの低減を図ることができ
る。
Therefore, leakage current on the side surface of the striped mesa portion and leakage current passing from the substrate through the buried layer region can be suppressed, and good device characteristics without leakage current can be obtained. Also, if you use this kind of structure, for example, 2
It can be formed by multiple liquid phase epitaxial (LPE) growth, which simplifies the manufacturing process, improves the yield of the device, and reduces manufacturing costs.

埋め込み層中に形成される0、1Ω・cm以上の抵抗率
を有する結晶層としては、基板と直接に接する結晶層で
あって、基板と逆導電型を有する低キヤリア濃度の半導
体結晶層が好ましい。
The crystal layer formed in the buried layer and having a resistivity of 0.1 Ω·cm or more is preferably a crystal layer that is in direct contact with the substrate and has a conductivity type opposite to that of the substrate and has a low carrier concentration. .

[実施例] 第1図は、この発明の一実施例である埋め込み型半導体
レーザ素子の光出射面を示した図である。
[Example] FIG. 1 is a diagram showing a light emitting surface of a buried semiconductor laser device according to an example of the present invention.

p−GaAs基板41にフォトリソグラフを用いて、H
2SO,/H2o2/H20系エツチヤントにより、■
溝部52を形成した後、1回目の液相エピタキシャル(
L P E)成長を行ない、従来のVSISレーザにお
けるダブルへテロ接合構造と同様に、pGa(、,5s
 A11to、i i Asクラッド層43、ノンドー
プG ao、a a A ILo、+ 2 A S活性
層44 (d−0,08μm) 、n−Ga0.ss 
A Q、o、a 5 A sクラッド層45、n−Ga
As保護層46を順次積層する。次に、上記と同じエッ
チャントを用いて、■溝部52を含むようにストライプ
状メサ部53を形成する。このときストライプ状メサ部
53の深さを、p−GaAs基板41に達し、かつ十分
な高さ(たとえばh−3μm)とする。こうすることに
より、この領域への再成長は、液相エピタキシャル(L
 P E)法でも可能となり、またpn逆バイアス極性
に積層される埋め込み層をストライプ状メサ部53上に
形成することなく、埋め込み層の層の厚みを十分に厚く
することができる。
H is applied to the p-GaAs substrate 41 using photolithography.
With 2SO, /H2o2/H20 type etchant, ■
After forming the groove portion 52, a first liquid phase epitaxial process (
Similar to the double heterojunction structure in conventional VSIS lasers, pGa(,,5s
A11to, ii As cladding layer 43, non-doped Gao, aa AILo, +2AS active layer 44 (d-0.08 μm), n-Ga0. ss
A Q, o, a 5 As cladding layer 45, n-Ga
As protective layers 46 are sequentially laminated. Next, using the same etchant as above, a striped mesa portion 53 is formed so as to include the groove portion 52. At this time, the depth of the striped mesa portion 53 is set to reach the p-GaAs substrate 41 and have a sufficient height (for example, h-3 μm). By doing this, regrowth in this region is controlled by liquid phase epitaxial (L
This is also possible using the PE) method, and the thickness of the buried layer can be made sufficiently thick without forming a buried layer stacked with pn reverse bias polarity on the striped mesa portion 53.

第2回目の液相エピタキシャル(L P E)成長によ
り、n  Ga、)、1 s AfLo、a s As
低キヤリア濃度埋め込み第1層50(キャリア濃度2.
Oxl  O”   cm−3)   s   p−G
a、)、6  s   AQ、o、+5As埋め込み第
2層48、n−GaAsオーミックコンタクト形成層4
9を積層する。
By the second liquid phase epitaxial (LPE) growth, n Ga, ), 1 s AfLo, a s As
Low carrier concentration buried first layer 50 (carrier concentration 2.
Oxl O” cm-3) s p-G
a, ), 6 s AQ, o, +5 As buried second layer 48, n-GaAs ohmic contact forming layer 4
Layer 9.

上述のように、低キヤリア濃度埋め込み第1層50を十
分に厚くできるため、埋め込み層領域では、GaAs基
板41、低キヤリア濃度埋め込み第1層50、埋め込み
第2層48、オーミックコンタクト形成層49を経路と
するリーク電流に対し、電流阻止層として有効に作用す
る。
As described above, since the low carrier concentration buried first layer 50 can be made sufficiently thick, the GaAs substrate 41, the low carrier concentration buried first layer 50, the buried second layer 48, and the ohmic contact forming layer 49 are formed in the buried layer region. The layer effectively acts as a current blocking layer for leakage current.

この実施例では、λ−780nm (L=250μm)
において、ILh■24mAの素子が歩留り良く得られ
た。
In this example, λ-780nm (L=250μm)
A device with an ILh of 24 mA was obtained with a good yield.

また、この実施例では、低キヤリア濃度埋め込み第1層
50のキャリア濃度は、2.0XIO’6am−”であ
るが、lXl0” cm−”であれば問題は生じない。
Further, in this embodiment, the carrier concentration of the low carrier concentration buried first layer 50 is 2.0XIO'6am-'', but no problem occurs if it is lXIO'cm-''.

また、この埋め込み層はC「ドープGaAs結晶のよう
な半絶縁性層でもよい。さらに、この発明の素子構造を
形成する方法は、液相成長およびウェットエツチングに
限定さレルもノテハなく、MBESVPE、MOCVD
等の成長法や、RIE等のドライエツチングを利用する
ことも可能である。
Further, this buried layer may be a semi-insulating layer such as a C doped GaAs crystal.Furthermore, the method for forming the device structure of the present invention is not limited to liquid phase growth and wet etching; MOCVD
It is also possible to use growth methods such as the above, and dry etching such as RIE.

[発明の効果] 以上説明したように、この発明によれば、従来の埋め込
み構造に比べ、その製造工程が大幅に簡略化でき、素子
の歩留り向上、製造コストの低減化に大きく寄与するこ
とができる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the manufacturing process can be greatly simplified compared to the conventional buried structure, and it can greatly contribute to improving the yield of devices and reducing manufacturing costs. can.

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

第1図は、この発明の一実施例を示す断面図である。第
2図は、従来のBHレーザを示す断面図である。第3図
は、従来のVSISレーザを示す断面図である。第4図
は、従来の埋め込み型半導体レーザを示す断面図である
。 図において、41は基板、43.45はクラッド層、4
4は活性層、46は保護層、48は埋め込み層、49は
オーミックコンタクト形成層、50は低キヤリア濃度埋
め込み層、52はV?M部、53はストライプ状メサ部
を示す。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing a conventional BH laser. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional VSIS laser. FIG. 4 is a sectional view showing a conventional buried semiconductor laser. In the figure, 41 is the substrate, 43.45 is the cladding layer, 4
4 is an active layer, 46 is a protective layer, 48 is a buried layer, 49 is an ohmic contact formation layer, 50 is a low carrier concentration buried layer, and 52 is a V? M section 53 indicates a striped mesa section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基板上に形成された発光領域となる活性層を有す
るストライプ状のメサ部と、 該メサ部内の前記基板に形成されたストライプ溝の両側
部で前記活性層からの光を吸収することにより前記活性
層に形成される光導波路と、前記メサ部の両側部に多層
に埋め込まれる埋め込み層とを備える埋め込み型半導体
レーザ素子において、 前記埋め込み層は少なくとも一層が0.1Ω・cm以上
の抵抗率を有する結晶層であることを特徴とする、埋め
込み型半導体レーザ素子。
(1) A striped mesa portion having an active layer serving as a light emitting region formed on a substrate, and absorbing light from the active layer on both sides of a stripe groove formed in the substrate within the mesa portion. In a buried semiconductor laser device comprising an optical waveguide formed in the active layer and buried layers buried in multiple layers on both sides of the mesa portion, at least one of the buried layers has a resistance of 0.1 Ω·cm or more. 1. A buried type semiconductor laser device, characterized in that it is a crystal layer having a crystalline layer having a high density.
JP25324687A 1987-10-07 1987-10-07 Buried-type semiconductor laser device Pending JPH0195583A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02305486A (en) * 1989-05-19 1990-12-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Manufacturing method of semiconductor laser device
JPH07202333A (en) * 1993-12-28 1995-08-04 Nec Corp Manufacture of semiconductor optical waveguide element of buried structure

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