JPH10229246A - リッジ型半導体レーザダイオードとその製造方法 - Google Patents

リッジ型半導体レーザダイオードとその製造方法

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JPH10229246A
JPH10229246A JP3351097A JP3351097A JPH10229246A JP H10229246 A JPH10229246 A JP H10229246A JP 3351097 A JP3351097 A JP 3351097A JP 3351097 A JP3351097 A JP 3351097A JP H10229246 A JPH10229246 A JP H10229246A
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ridge
type
laser diode
layer
semiconductor laser
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JP3351097A
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Hitoshi Tada
仁史 多田
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動作電流を増加させることなく高次モードの
発生を抑えることができるリッジ型半導体レーザダイオ
ードとその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に形成された活性層上に、
上クラッド層を介してp型又はn型の一方の導電型の半
導体からなるリッジ導波路が形成されたリッジ型半導体
レーザダイオードであって、リッジ導波路の両側面から
内側に、一方の導電型の半導体のキャリヤを減少させる
イオンを注入して、該イオンが注入された領域を高抵抗
化した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザダイ
オード、特にリッジ型半導体レーザダイオードに関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザダイオードの需要が増大す
るにつれ、半導体レーザダイオードの製造コスト低減が
重要な課題になってきている。特に光ディスク用光源に
用いられるAlGaAs系、AlGaInP系レーザダイオー
ドでは低コスト化に対する要求が非常に強い。レーザの
製造コスト低減には歩留まり良く製造出来るレーザ構
造、プロセス方法の検討が必要となる。現在一般的に用
いられている埋め込み型AlGaAs系レーザは、活性層
と電流狭窄層を形成するため2回もしくは3回の結晶成
長を必要とするため製造工程が煩雑で歩留まり向上が困
難であった。一方、リッジ型構造の半導体レーザダイオ
ードは、1回の結晶成長で製造できるため低コスト化に
は適している。
【0003】従来例のリッジ型半導体レーザダイオード
は、以下に説明する製造方法で製造される。該製造方法
ては、まず、図3(a)に示すように、n型GaAs基
板1上に、約1.5μm厚のn−AlGaAs下クラッ
ド層2、活性層3、約1.5μm厚のp型AlGaAs
上クラッド層4、約0.5μm厚のp型GaAs層5を
順次結晶成長することにより形成する。ここで、該結晶
成長には有機金属気相成長(MOCVD)法は分子線エ
ピタキシー(MBE)法等を用いる。続いて、ウェハ全
面に絶縁膜を成膜した後、ストライプ状にパターニング
することにより、ストライプ状の絶縁膜6を形成する
(図3(b))。絶縁膜6の材質としてはSiN、Si
等が用いられる。この絶縁膜6はリッジエッチング
のマスクとして機能する。
【0004】次に、ストライプ状の絶縁膜6をマスクに
ウェットエッチング法を用いてp型GaAsコンタクト
層5とp型AlGaAs上クラッド層4の途中までエッ
チングし(リッジエッチング)、リッジ導波路20を形
成する(図3(c))。リッジエッチング後、ストライ
プ状の絶縁膜6を除去し、再度ウェハ全面に絶縁膜21
を成膜する(図4(d))。続いてフォトリソグラフィ
ー技術を用いてリッジ導波路20の上部の平坦部の絶縁
膜を除去しストライプ状に開口部7を設ける(図4
(b))。そして、図4(c)に示すように、絶縁膜2
1の上にp型電極8を形成する。これによって、p型電
極8はリッジ導波路20の上部の絶縁膜21の開口部7
のみでp型GaAsコンタクト層5と接触して電流が流
れる。最後にn型GaAs基板の裏面側にn型電極9を
形成して、図4(c)に示す従来例のリッジ型半導体レ
ーザダイオードを得る。
【0005】次に、以上の製造方法に従って製造された
従来例のリッジ型半導体レーザダイオードの動作につい
て説明する。p型電極8が正、n型電極9が負にとなる
ように電圧を印加すると電流はp型GaAsコンタクト
層5からp型AlGaAsクラッド層4を経て活性層3
に注入され、活性層3で誘導放出光が生じる。キャリア
の注入量を十分高くして導波路の損失を越える光が発生
すればレーザ発振が生じる。一般に、リッジ型半導体レ
ーザダイオードでは基板に対して垂直方向は活性層とク
ラッド層の屈折率差によってレーザ光を活性領域に閉じ
込めている。よって素子内では垂直方向の閉じ込めは全
導波路にわたって有効に行われる。一方、基板に対して
水平方向ではリッジ導波路直下の部分とそれ以外の領域
での実効的な屈折率差により光を導波させている。原理
的には、高次モードの発生を抑制するためリッジ導波路
20の幅を十分狭くすることが有効であり、具体的に
は、リッジの底辺部を3μm以下にすることが望まし
い。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
クラッド層の層厚は活性層で発したレーザ光を活性層内
に有効に閉じ込めるため1.5μm程度は必要である
が、リッジ導波路20をウェットエッチングで形成する
場合、リッジの底辺の幅を3μmにするにはリッジ上部
の幅が1μm以下になってしまい、リッジ上部で絶縁膜
の開口部を形成する際の転写が困難になる。このため
に、リッジ導波路20の底辺の幅を3μm又はそれ以下
にすることは困難であり、高次モードを有効に抑えるこ
とができないという問題点があった。また、リッジ導波
路20の直下の部分とそれ以外の領域での実効的な屈折
率差を小さくすることにより、リッジ導波路の幅を比較
的広く保ったまま、高次モードの発生を抑制することも
可能である。即ち、リッジ導波路20の幅を広く、活性
層と空気層との距離を大きく取ることでも高次モードが
カットオフされる。しかし、このようにした場合、電流
注入を増加させていくと活性層上部で横方向へ電流が広
がり、動作電流が上昇する等の別の問題が発生し、レー
ザ特性が悪化してしまう問題点があった。
【0007】本発明の目的は、従来の問題点を解決し、
動作電流を増加させることなく高次モードの発生を抑え
ることができるリッジ型半導体レーザダイオードとその
製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、リッジ導波路
の幅を比較的広く保ったままでも、活性層上部で横方向
への電流の広がりを防止することができれば、上述の従
来例の問題点を解決することができると考えて、鋭意検
討した結果完成されたものである。すなわち、本発明に
係る第1のリッジ型半導体レーザダイオードは、半導体
基板上に形成された活性層上に、上クラッド層を介して
p型又はn型の一方の導電型の半導体からなるリッジ導
波路が形成されたリッジ型半導体レーザダイオードであ
って、上記リッジ導波路の両側面から内側に、上記一方
の導電型の半導体のキャリヤを減少させるイオンを注入
して、該イオンが注入された領域を高抵抗化したことを
特徴とする。これによって、リッジ導波路における電流
の経路を狭くすることができ、上記活性層上部での横方
向の電流の広がりを防止することができる。
【0009】また、上記第1のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいては、上記クラッド層においても電流の
広がりを防止するために、上記上クラッド層の表面か
ら、該上クラッド層の膜厚より小さい所定の深さまで、
上記イオンを注入して、該イオンを注入した部分を高抵
抗化することが好ましい。
【0010】また、上記第1のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいては、上記注入するイオンが、n型又は
p型のいずれの導電方の半導体に対しても注入すること
によって高抵抗化がはかれるプロトンであることが好ま
しい。
【0011】また、上記第1のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいては、上記リッジ導波路を構成する半導
体の導電型がp型である場合には、上記注入するイオン
が、n型の不純物であるSiであってもよい。
【0012】また、本発明に係る第2のリッジ型半導体
レーザダイオードは、半導体基板上に形成された活性層
上に、上クラッド層を介してp型又はn型の一方の導電
型の半導体からなるリッジ導波路が形成されたリッジ型
半導体レーザダイオードであって、上記リッジ導波路の
両側面から内側に、上記リッジ導波路を構成する半導体
を他方の導電型にするイオンを注入して、該イオンが注
入された領域を他方の導電型にしたことを特徴とする。
これによって、pn接合部で電流を阻止することができ
るので、リッジ導波路における電流の経路を狭くするこ
とができ、上記活性層上部での横方向の電流の広がりを
防止することができる。
【0013】また、第2のリッジ型半導体レーザダイオ
ードにおいては、上記一方の導電型がp型であって、上
記注入するイオンがSiであることが好ましい。
【0014】本発明に係る第1のリッジ型半導体レーザ
ダイオードの製造方法は、半導体基板上に活性層を形成
する第1工程と、上記形成された活性層上にp型又はn
型の一方の導電型の半導体層を形成する第2工程と、上
記形成された半導体層上に所定の幅のレジスト膜を形成
して、上記半導体層を所定の深さまでエッチングして、
少なくともリッジ導波路の下方の幅が上記レジスト膜の
幅より広くなるようにリッジ導波路を形成しかつリッジ
導波路の両側に上記半導体層を所定の厚さに残すことに
より上クラッド層を形成する第3工程と、上記レジスト
膜をそのまま用いて、上記一方の導電型の半導体のキャ
リヤを減少させるイオンを上方から注入する第4工程と
を含み、上記リッジ導波路の両側面から内側の、上記イ
オンが注入された領域を高抵抗化するものである。
【0015】また、本発明に係る第2のリッジ型半導体
レーザダイオードの製造方法は、半導体基板上に活性層
を形成する第1工程と、上記形成された活性層上にp型
又はn型の一方の導電型の半導体層を形成する第2工程
と、上記形成された半導体層上に所定の幅のレジスト膜
を形成して、上記半導体層を所定の深さまでエッチング
して、上記レジスト膜の下に少なくとも下方の幅が上記
レジスト膜の幅より広くなるようにリッジ導波路を形成
しかつリッジ導波路の両側に上記半導体層を所定の厚さ
に残すことにより上クラッド層を形成する第3工程と、
上記レジスト膜をそのまま用いて、上記リッジ導波路を
構成する半導体を他方の導電型にするイオンを上方から
注入する第4工程とを含み、上記リッジ導波路の両側面
から内側の、上記イオンが注入された領域を他方の導電
型にするものである。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る実施の形態のリッジ型半導体レーザダイオードについ
て説明する。 実施の形態1.図1は、本発明に係る実施の形態1のリ
ッジ型半導体レーザダイオードの構成を示す斜視図であ
る。該レーザダイオードは、図1に示すように、p型A
lGaAs上クラッド層4の上面及びリッジ導波路20
aの側面からプロトンが注入されて形成された高抵抗層
11を備え、以下のような種々の特徴を有する。ここ
で、以下の説明において、高抵抗層11のうちリッジ導
波路20aの側面に沿って形成された部分を特に高抵抗
層11aという。
【0017】まず、実施の形態1のリッジ型半導体レー
ザダイオードの製造方法を図2を参照して説明する。該
製造方法では、まず、図2(a)に示すように、n型G
aAs基板上1に、約1.5μm厚のn型AlGaAs
下クラッド層2、活性層3、約1.5μm厚のp型Al
GaAs上クラッド層4、約0.5μm厚のp型GaA
s層コンタクト層5を順次結晶成長する。この結晶成長
には有機金属気相成長(MOCVD)法や分子線エピタ
キシー(MBE)法等を種々の結晶成長方法を用いるこ
とができる。続いて、図2(b)に示すように、レジス
ト膜をp型GaAs層コンタクト層5上に形成した後、
ストライプ状にパターニングすることにより、ストライ
プ状のレジスト膜10を形成する。
【0018】次に、レジスト膜10をマスクとしてウェ
ットエッチングで、図2(c)に示すように、リッジ導
波路20を形成する。ここで、リッジ導波路20の底辺
の幅は5μm程度、活性層3から空気層までの距離は
0.5μm程度に設定する。これらの寸法は活性層構造
によってそれぞれ最適な値に設定されるが、少なくとも
高次モードが発生しないカットオフ条件を満足するよう
に設定される。続いて、図2(d)に示すように、レジ
スト10をマスクにプロトンをp型AlGaAsクラッ
ド層4の途中、活性層3の上0.2ミクロン程度の深さ
まで注入し、注入された部分のキャリヤを減少させて、
高抵抗層11を形成する。この時、リッジ導波路20の
上部はレジスト10で覆われているので、プロトンは注
入されず、リッジ導波路20の傾斜した側面(レジスト
の端より外側に位置する部分)からリッジ導波路20の
底面部に亘って高抵抗層11aが形成される。次に、プ
ロトン注入後、レジスト10を除去しウェハ全面にp型
電極8を蒸着した後、n型GaAs基板1の下面にn型
電極9を形成し、図1に示す半導体レーザダイオードを
得る。
【0019】この製造方法を用いて作製された本実施の
形態1のリッジ型半導体レーザダイオードでは、活性層
3と空気層との距離を比較的大きくとることで活性領域
での横方向の実効的な屈折率差を小さくしているので、
リッジ導波路20の幅を比較的広く(5μm程度)設定
してもカットオフ条件を満足させることができる。ま
た、リッジ導波路20の両側はプロトンを注入すること
により高抵抗層11aが形成されているので、p型電極
8から、p型GaAsコンタクト層5を介して注入され
る電流が、リッジ導波路20aのうち高抵抗層11aを
除く中央部(以下、電流路という)に集中して流れる。
これによって、活性層3上で横方向に広がる電流成分を
抑制することができるので、動作電流の増大を防止する
ことができる。
【0020】更に、リッジエッチングにマスクとして用
いたレジスト10をそのまま用いてプロトン注入を行い
電流路を形成した後、レジスト膜10を除去して、p型
GaAsコンタクト層5とのみに導通するp型電極8を
形成している。すなわち、いわゆるセルフアラインでp
型電極とp型GaAsとのコンタクトが取れ、これによ
って、従来例のように、絶縁膜21を成膜し、リッジ導
波路20の上部にp型GaAsコンタクト層5とp型電
極8とを導通させるための開口部7を形成するプロセス
が不要となり工程の低減が図れる。このように、本実施
の形態1によれば、5μm程度の比較的幅の広いリッジ
導波路20を用いて、動作電流を増大させることなく高
次モードの発生を防止でき、実用上問題のないリッジ型
半導体レーザダイオードを複雑なプロセスを用いること
無く安価に製造できる。
【0021】尚、本実施の形態1では、GaAs/Al
GaAs系を用いたリッジ型半導体レーザダイオードを
用いて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、G
aInP/AlGaInP系やAlGaInN系等の他
の材料を用いても、本実施の形態1と同様の効果が得ら
れる。
【0022】また、以上の実施の形態1では、p型Al
GaAsクラッド層4とリッジ導波路20とにプロトン
を注入して高抵抗層11,11aを形成したが、本発明
はこれに限らず、Si等のp型AlGaAsクラッド層
4とリッジ導波路20に対してn型の不純物を注入して
キャリヤを減少させ、高抵抗層11,11aを形成する
ようにしてもよい。以上のように構成しても、実施の形
態1と同様の効果を有する。
【0023】また、以上の実施の形態1では、n型Ga
As基板1を用いたが、本発明はこれに限らず、p型の
半導体基板を用いて各層の導電型を反転させて(p型を
n型にし、n型をp型にする)構成してもよい。この場
合、クラッド層とリッジ導波路に注入するイオンは、プ
ロトン又は該クラッド層及び該リッジ導波路20に対し
てp型の不純物を注入する。以上のように構成しても、
実施の形態1と同様な効果を有する。
【0024】実施の形態2 実施の形態1のリッジ型半導体レーザダイオードでは、
p型AlGaAsクラッド層4とリッジ導波路20とに
プロトン等を注入することにより、キャリヤを減少さ
せ、該注入部分に高抵抗層11,11aを形成した。こ
れに対して、実施の形態2では、該注入部分にSi(n
型不純物)を過剰に注入することにより、高抵抗な高抵
抗層11,11aに代えて、n型層を形成する。以上の
ように構成することにより、pn接合層で電流を阻止す
ることができるので、実施の形態1に比較してさらに、
リッジ導波路における中央部への電流集中効果を高める
ことができる。従って、本実施の形態2によっても、5
μm程度の比較的幅の広いリッジ導波路20を用いて、
動作電流を増大させることなく高次モードの発生を防止
できる。これによって、、実用上問題のないリッジ型半
導体レーザダイオードを複雑なプロセスを用いること無
く安価に製造できる。
【0025】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第1のリッジ型半導体レーザダイオードは、半導体基
板上に形成された活性層上に、上クラッド層を介してリ
ッジ導波路が形成され、上記リッジ導波路の両側面の内
側を高抵抗化しているので、リッジ導波路における電流
の経路を狭くすることができるので、リッジ導波路の幅
を比較的広く保ったままでも、活性層上部で横方向への
電流の広がりを防止することができ、動作電流を増加さ
せることなく高次モードの発生を抑えることができる。
【0026】また、上記第1のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいて、上記上クラッド層の表面から所定の
深さまで、上記イオンを注入して高抵抗化することによ
り、上記クラッド層においても電流の広がりを防止する
ことができ、より効果的に動作電流を増加させることな
く高次モードの発生を抑えることができる。
【0027】また、上記第1のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいては、プロトンを注入することにより、
容易に高抵抗化することができる。
【0028】また、上記第1のリッジ型半導体レーザダ
イオードにおいては、Siを注入することにより、容易
に高抵抗化することができる。
【0029】また、本発明に係る第2のリッジ型半導体
レーザダイオードは、半導体基板上に形成された活性層
上に、一方の導電型の半導体からなるリッジ導波路が形
成されたリッジ型半導体レーザダイオードであって、上
記リッジ導波路の両側面から内側に、上記リッジ導波路
を構成する半導体を他方の導電型にするイオンを注入し
て、領域を他方の導電型にしているので、pn接合部で
電流を阻止することができる。これによって、リッジ導
波路における電流の経路を狭くすることができるので、
リッジ導波路の幅を比較的広く保ったままでも、活性層
上部で横方向への電流の広がりを防止することができ、
動作電流を増加させることなく高次モードの発生を抑え
ることができる。
【0030】また、第2のリッジ型半導体レーザダイオ
ードにおいては、上記一方の導電型がp型である場合に
は、Siを注入することにより、容易に他方の導電型に
することができる。
【0031】本発明に係る第1のリッジ型半導体レーザ
ダイオードの製造方法は、上記半導体層上に所定の幅の
レジスト膜を形成して、上記半導体層を所定の深さまで
エッチングして、少なくともリッジ導波路の下方の幅が
上記レジスト膜の幅より広くなるようにリッジ導波路を
形成しかつリッジ導波路の両側に上記半導体層を所定の
厚さに残すことにより上クラッド層を形成する工程と、
上記レジスト膜をそのまま用いて、上記一方の導電型の
半導体のキャリヤを減少させるイオンを上方から注入す
る工程とを含んでいるので、上記リッジ導波路の両側面
から内側に上記イオンを容易に注入することができ、容
易に高抵抗化することができる。
【0032】また、本発明に係る第2のリッジ型半導体
レーザダイオードの製造方法は、上記半導体層上に所定
の幅のレジスト膜を形成して、上記半導体層を所定の深
さまでエッチングして、上記レジスト膜の下に少なくと
も下方の幅が上記レジスト膜の幅より広くなるようにリ
ッジ導波路を形成しかつリッジ導波路の両側に上記半導
体層を所定の厚さに残すことにより上クラッド層を形成
する工程と、上記レジスト膜をそのまま用いて、上記リ
ッジ導波路を構成する半導体を他方の導電型にするイオ
ンを上方から注入する工程とを含んでいるので、上記リ
ッジ導波路の両側面から内側に、容易に上記イオンを注
入することができ、容易に他方の導電型にすることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る実施の形態1のリッジ型半導体
レーザダイオードの構成を模式的に示す斜視図である。
【図2】 図1の実施の形態1の製造工程における、主
要な工程後のウエハを模式的に示す斜視図である。
【図3】 従来例のリッジ型半導体レーザダイオードの
製造工程における、主要な工程後のウエハを模式的に示
す斜視図(その1)である。
【図4】 従来例のリッジ型半導体レーザダイオードの
製造工程における、主要な工程後のウエハを模式的に示
す斜視図(その2)である。
【符号の説明】
1 n型GaAs基板上、2 n型AlGaAs下クラ
ッド層、3 活性層、4 p型AlGaAs上クラッド
層、5 p型GaAs層コンタクト層、8 p型電極、
9 n型電極、10 レジスト膜、20 リッジ導波
路、11,11a高抵抗層。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成された活性層上に、
    上クラッド層を介してp型又はn型の一方の導電型の半
    導体からなるリッジ導波路が形成されたリッジ型半導体
    レーザダイオードであって、 上記リッジ導波路の両側面から内側に、上記一方の導電
    型の半導体のキャリヤを減少させるイオンを注入して、
    該イオンが注入された領域を高抵抗化したことを特徴と
    するリッジ型半導体レーザダイオード。
  2. 【請求項2】 上記リッジ型半導体レーザダイオードに
    おいてさらに、上記上クラッド層の表面から、該上クラ
    ッド層の膜厚より小さい所定の深さまで、上記イオンを
    注入して、該イオンを注入した部分を高抵抗化した請求
    項1記載のリッジ型半導体レーザダイオード。
  3. 【請求項3】 上記注入するイオンが、プロトンである
    請求項1又は2記載のリッジ型半導体レーザダイオー
    ド。
  4. 【請求項4】 上記リッジ導波路を構成する半導体の導
    電型がp型であって、上記注入するイオンがSiである
    請求項1又は2記載のリッジ型半導体レーザダイオー
    ド。
  5. 【請求項5】 半導体基板上に形成された活性層上に、
    上クラッド層を介してp型又はn型の一方の導電型の半
    導体からなるリッジ導波路が形成されたリッジ型半導体
    レーザダイオードであって、 上記リッジ導波路の両側面から内側に、上記リッジ導波
    路を構成する半導体を他方の導電型にするイオンを注入
    して、該イオンが注入された領域を他方の導電型にした
    ことを特徴とするリッジ型半導体レーザダイオード。
  6. 【請求項6】 上記一方の導電型がp型であって、上記
    注入するイオンがSiである請求項5記載のリッジ型半
    導体レーザダイオード。
  7. 【請求項7】 半導体基板上に活性層を形成する第1工
    程と、 上記形成された活性層上にp型又はn型の一方の導電型
    の半導体層を形成する第2工程と、 上記形成された半導体層上に所定の幅のレジスト膜を形
    成して、上記半導体層を所定の深さまでエッチングし
    て、少なくともリッジ導波路の下方の幅が上記レジスト
    膜の幅より広くなるようにリッジ導波路を形成しかつリ
    ッジ導波路の両側に上記半導体層を所定の厚さに残すこ
    とにより上クラッド層を形成する第3工程と、 上記レジスト膜をそのまま用いて、上記一方の導電型の
    半導体のキャリヤを減少させるイオンを上方から注入す
    る第4工程とを含み、 上記リッジ導波路の両側面から内側の、上記イオンが注
    入された領域を高抵抗化したリッジ型半導体レーザダイ
    オードの製造方法。
  8. 【請求項8】 半導体基板上に活性層を形成する第1工
    程と、 上記形成された活性層上にp型又はn型の一方の導電型
    の半導体層を形成する第2工程と、 上記形成された半導体層上に所定の幅のレジスト膜を形
    成して、上記半導体層を所定の深さまでエッチングし
    て、上記レジスト膜の下に少なくとも下方の幅が上記レ
    ジスト膜の幅より広くなるようにリッジ導波路を形成し
    かつリッジ導波路の両側に上記半導体層を所定の厚さに
    残すことにより上クラッド層を形成する第3工程と、 上記レジスト膜をそのまま用いて、上記リッジ導波路を
    構成する半導体を他方の導電型にするイオンを上方から
    注入する第4工程とを含み、 上記リッジ導波路の両側面から内側の、上記イオンが注
    入された領域を他方の導電型にしたリッジ型半導体レー
    ザダイオードの製造方法。
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