JPH118436A - 逆メサリッジ導波型レーザダイオード及びその製造方法 - Google Patents

逆メサリッジ導波型レーザダイオード及びその製造方法

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JPH118436A
JPH118436A JP9344006A JP34400697A JPH118436A JP H118436 A JPH118436 A JP H118436A JP 9344006 A JP9344006 A JP 9344006A JP 34400697 A JP34400697 A JP 34400697A JP H118436 A JPH118436 A JP H118436A
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waveguide
mesa ridge
laser diode
substrate
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JP9344006A
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Kojo Kin
昂 序 金
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SK Hynix Inc
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Hyundai Electronics Industries Co Ltd
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Publication date
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    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一モードのレーザを容易に発生させること
ができるとともに、コンタクト抵抗及び直列抵抗を減少
させることのできる逆メサリッジ導波型レーザダイオー
ド及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 第1導電型化合物半導体基板と、基板の
上面に順次形成された第1導電型バッファ層と、活性層
及び第2導電型導波層と、導波層上に形成され第2導電
型導波路制御層と、導波路制御層の幅より下部幅の広い
逆メサリッジ形状を有しつつ導波路制御層上に積層され
た第2導電型クラッド層及第2導電型コンタクト層と、
逆メサリッジ上部の前記コンタクト層を露出させつつ逆
メサリッジを保護するため基板上に形成された保護膜
と、逆メサリッジの両側部位を充填するために保護膜上
に形成されたポリイミド層と、コンタクト層の露出され
た部分とコンタクトしつつ基板上に形成された第2導電
型オーミック金属層と、基板の下面に形成された第1導
電型オーミック金属層とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光素子及びその製
造方法に係り、特に逆メサリッジ導波(Reverse Mesa Ri
dge Waveguide)型レーザダイオード及びその製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】レーザダイオードは電流が印加されるこ
とによりレーザ光を出力するもので、光通信システムに
おける光信号発生源として、また、計測装備,情報機器
及びポインタなどの光源として用いられている。
【0003】図6は従来の正メサリッジ導波(Forward M
esa Ridge Waveguide)型レーザダイオードを示す断面図
である。図6に示すように、N型基板1上に、N型バッ
ファ層2,活性層3,P型導波層4,エッチング停止層
5,P型クラッド(clad)層6及びP型コンタクト層7
が、MOCVD(Metal Orgnaic Chemical Vapor Deposi
tion) 技術によって順次形成される。前記コンタクト層
7及びクラッド層6が正メサ状にエッチングされて正メ
サリッジが形成される。保護膜として作用する酸化膜8
が、正メサリッジの上部表面が露出するように基板の全
面に均一に形成される。露出された正メサリッジの上部
とコンタクトするように、P型オーミック金属層9が基
板上に形成され、この基板1の下面にN型オーミック金
属層10が形成される。
【0004】このような正メサリッジ導波型レーザダイ
オードの制作は比較的容易である反面、導波路の幅が広
いために多重モードのレーザが発生しやすい。従って、
従来においては、かかる問題を解決するために、逆メサ
リッジ導波型レーザダイオードを制作するようにしてい
る。
【0005】図7は、従来における逆メサリッジ導波型
レーザダイオードの断面図を示す図である。図に示すよ
うに、N型基板11上にN型バッファ層12,活性層1
3,P型導波層14,エッチング停止層15,P型クラ
ッド層16及びP型コンタクト層17がMOCVD技術
によって順次形成される。前記Pコンタクト層17及び
Pクラッド層16が逆メサ状にエッチングされて逆メサ
リッジが形成される。保護膜として作用する酸化膜20
が逆メサリッジの上部表面が露出するように基板上に均
一に形成される。逆メサリッジ両側のエッチング部位に
は、ポリイミド(polyimide) 層19が充填される。露出
された逆メサリッジの上部とコンタクトするように、基
板上にP型オーミック金属層18が均一に形成され、N
型基板11の下面にN型オーミック金属層21が形成さ
れる。
【0006】図7に示すようなレーザダイオードでは、
リッジを逆メサ状に形成することによって導波路の幅が
狭くなるために、単一モードのレーザを発生させること
が可能である。また、リッジ上部の幅が広いために、コ
ンタクト抵抗が減少し、且つ直列抵抗も減少する。しか
し、前記のように、導波路の幅を狭くしながらリッジ上
部の幅を広くするためにはPクラッド層16が厚ければ
厚いほど容易になる。従って、図7に示すレーザーダイ
オードは、PBH(Planar Buried Heterostructure) レ
ーザダイオードに比べて比較的大きい直列抵抗をもつ。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、本発明
の目的は、単一モードのレーザを容易に発生させること
ができるとともに、コンタクト抵抗及び直列抵抗を減少
させることのできるレーザダイオードを提供することに
ある。また、本発明の他の目的は、前記レーザダイオー
ド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】上記目的を達成するため
に本発明によるレーザダイオードは、上面と前記上面の
反対方に下面とを有する第1導電型化合物半導体基板
と、前記基板の上面に順次形成された第1導電型バッフ
ァ層,活性層及び第2導電型導波層と、前記導波層上に
形成され、所定の幅をもつ第2導電型導波路制御層と、
前記導波路制御層の幅より下部幅の広い逆メサリッジ形
状を有するとともに前記導波路制御層上に順次積層され
た第2導電型クラッド層及び第2導電型コンタクト層と
を備える構成とし、前記逆メサリッジ上部の前記コンタ
クト層を露出させつつ、前記逆メサリッジを保護するた
めに前記基板上に形成された保護膜と、前記逆メサリッ
ジの両側部位を充填するために前記保護膜上に形成され
たポリイミド層と、前記コンタクト層の露出された部分
とコンタクトしつつ、前記基板上に形成された第2導電
型オーミック金属層と、前記基板の下面に形成された第
1導電型オーミック金属層とをさらに備える構成とする
ものである。
【0009】また、前記基板はInP系列であり、前記
活性層は1. 3μmの発振波長を有し、前記化合物半導
体基板は、N+ −InP層であり、前記バッファ層はN
−InP層であり、前記活性層はU−InGaAsP層
であり、前記導波層はP−InP層であり、前記導波路
制御層はP−InGaAsP層であり、前記クラッド層
はP−InP層であり、前記コンタクト層はP+ −In
GaAs層であり、前記導波路制御層の物質波長は1.
1μm乃至1. 3μmであり、前記基板はInP系列で
あり、前記活性層は1. 55μmの発振波長を有し、前
記導波路制御層はInGaAsP層であり、その物質波
長は1. 3μm乃至1. 55μmであり、前記基板はG
aAs系列であり、前記導波路制御層は前記活性層より
低い屈折率と高いバンドギャップエネルギーをもつ物質
である構成とするものである。
【0010】また、上面と前記上面の反対方に下面とを
有する第1導電型化合物半導体基板の上面に、第1導電
型バッファ層,活性層,第2導電型導波層,第2導電型
導波路制御層,第2導電型クラッド層及び第2導電型コ
ンタクト層を順次形成する段階と、前記コンタクト層及
びクラッド層をエッチングして上部及び下部が所定の幅
をもつ逆メサリッジを形成する段階と、前記逆メサリッ
ジ下部の幅より狭い幅をもつように前記導波路制御層を
選択的にエッチングする段階とを含むことを特徴とし、
前記逆メサリッジを保護するために前記基板上に保護膜
を形成する段階と、前記逆メサリッジの両側のエッチン
グ部位を充填するように逆メサリッジの両側の保護膜上
にポリイミド層を形成する段階と、前記逆メサリッジ上
部の前記コンタクト層が露出されるように前記保護膜を
一部除去する段階と、前記コンタクト層の露出された部
分とコンタクトするように前記基板上に第2導電型オー
ミック金属層を形成する段階と、前記基板の下面に第1
導電型オーミック金属層を形成する段階とをさらに備え
ることを特徴とするものである。
【0011】また、前記基板はInP系列であり、前記
活性層は1. 3μmの発振波長をもち、前記化合物半導
体基板はN+ −InP層であり、前記バッファ層はN−
InP層,前記活性層はU−InGaAsP層,前記導
波層はP−InP層,前記導波路制御層はP−InGa
AsP層,前記クラッド層はP−InP層,前記コンタ
クト層はP+ −InGaAs層から形成されるととも
に、前記導波路制御層の物質波長は1. 1μm乃至1.
3μmであることを特徴とするものである。
【0012】また、前記逆メサリッジを形成する段階に
おいて、前記コンタクト層のエッチングはH3 PO4
22 とH2 Oとの混合溶液を用いたウェットエッチ
ングで進行し、前記逆メサリッジを形成する段階におい
て、前記クラッド層のエッチングはHBrとH2 Oとの
混合溶液を用いたウェットエッチングで進行し、前記基
板はInP系列であり、前記活性層は1. 55μmの発
振波長をもつことを特徴とし、前記導波路制御層はIn
GaAsPであり、その物質波長は1. 3μm乃至1.
55μmであり、前記基板はGaAs系列であり、前記
導波路制御層は前記活性層より低い屈折率と高いバンド
ギャップエネルギーをもつ物質であることを特徴とする
ものである。
【0013】以上のように本発明によれば、導波層上に
形成された導波路制御層によって導波路の幅が選択的に
調節されるために、逆メサリッジの上部及び下部の幅が
充分広く形成される。従って、単一モードのレーザを容
易に発生させることができ、コンタクト抵抗及び直列抵
抗が減少する。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施の形態を説明する。図1〜図5は、本発明の一実施
の形態による逆メサリッジ導波型レーザダイオードの製
造方法を説明するための断面図である。本実施の形態に
よるレーザダイオードは、1. 3μmの発振波長を有す
るInP系列である。
【0015】図1に示すように、上面31aと、下面3
1bとを有するN+ −InP基板31の上面31aに、
N−InPバッファ層32を形成し、このN−InPバ
ッファ層32上に、発振波長が1. 3μmであるU−I
nGaAsP活性層33を形成する。次いでこのU−I
nGaAsP活性層33上に、P−InP導波層34を
形成し、このP−InP導波層34上に、P−InP導
波層34の導波路の幅を選択的に調節するためのP−I
nGaAsP導波路制御層35を形成する。ここで、P
−InGaAsP導波路制御層35はInP系列の層で
あり、発振波長が1. 3μmである場合、その物質波長
は1. 1μm乃至1. 3μmの短波長をもつ。その後、
P−InGaAsP導波路制御層35上にP−InPク
ラッド層36とP+ −InGaAsコンタクト層37を
順次形成する。ここで、前記化合物半導体層はMOCV
D技術によって形成される。
【0016】図2に示すように、逆メサリッジ形成のた
めのエッチング時にマスクとして作用するように、P+
−InGaAsコンタクト層37上にシリコン酸化膜パ
ターン38が形成される。図3に示すように、シリコン
酸化膜パターン38をマスクとして用いるウェットエッ
チングによってP+ −InGaAsコンタクト層37が
選択的にエッチングされる。ここで、ウェットエッチン
グは、H3 PO4 とH2 O2とH2 Oとの混合溶液を用い
て行われる。次に、P+ −InGaAsコンタクト層3
7の下部のP−InPクラッド層36が、HBrとH2
O との混合溶液を用いたウェットエッチングによって選
択的にエッチングされて逆メサリッジが形成される。そ
の後、P−InGaAsP導波路制御層35が、P−I
nPクラッド層36の下面より狭い幅をもつように選択
的にエッチングされる。
【0017】ここで、P−InGaAsP導波路制御層
35の幅は、単一モードのレーザが発生可能なように充
分に狭い。即ち、P−InGaAsP導波路制御層35
によって導波路の幅が選択的に調節されるために、導波
路の幅に関係なく、逆メサリッジの形成時にリッジの上
部及び下部の幅を広く形成することが容易になる。その
後、シリコン酸化膜パターン38が公知の方法によって
図4に示すように除去される。
【0018】図4を参照して、前記逆メサリッジを保護
するように基板上に保護膜39が形成される。この保護
膜39はシリコン酸化膜である。次いで、逆メサリッジ
両側のエッチング部位を充填するように逆メサリッジ両
側の保護膜39上にポリイミド層40が形成される。逆
メサリッジ両側のエッチング部位がポリイミド層40で
充填されることにより、以後に形成されるP型オーミッ
ク金属層との切れが防止される。その後、逆メサリッジ
上部のP+ −InGaAsコンタクト層37が露出する
ように保護膜39が除去される。
【0019】図5に示すように、P+ −InGaAsコ
ンタクト層37の露出された部分とコンタクトするよう
に基板上にP型オーミック金属層41が形成される。P
型オーミック金属層41は、Ti膜とPt膜とAu膜と
の積層膜と、この積層膜上に形成されるAu鍍金(Plati
ng) 層とからなる。その後、N+ −InP基板31の下
面にN型オーミック金属層42が形成される。N型オー
ミック金属層は、AuGe膜とNi膜とAu膜との積層
膜と、この積層膜上に形成されるAu鍍金層とからな
る。
【0020】以上の実施の形態では、1. 3μmの発振
波長をもつInP系列のレーザダイオードについて説明
したが、発振波長が1. 55μmである場合、またはG
aAs系列のレーザダイオードの場合にも適用すること
ができる。ここで、発振波長が1. 55μmの場合、導
波路制御層は物質波長1. 33μmのInGaAsP層
で形成されるか、或いは1. 55μmより小さい短波長
をもつInGaAsP層で形成される。また、GaAs
系列のレーザダイオードの場合、導波路制御層は活性層
より低い屈折率をもち且つ活性層より高いバンドギャッ
プエネルギーをもつ物質で形成される。
【0021】なお、本発明は前記実施の形態に限定され
ず、本発明の技術思想を外れない範囲内において多様に
変形して実施することができるのは当然である。
【0022】
【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、P−
InP導波層36上に形成されたP−InGaAsP導
波路制御層37によって導波路の幅が選択的に調節され
るために、逆メサリッジの上部及び下部の幅が充分広く
形成される。従って、単一モードのレーザを容易に発生
させることができるとともに、コンタクト抵抗及び直列
抵抗が減少する。これにより、レーザダイオードの動作
時に発熱が減少して高出力化が可能となる。また、高温
における動作が可能であるため、使用可能な温度範囲が
拡大し、周波数特性が優秀になり、しきい値電流も低く
なることにより、レーザダイオードの信頼性が向上する
等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る逆メサリッジ導波型レーザダイオ
ードの製造方法を説明するための断面図である。
【図2】本発明に係る逆メサリッジ導波型レーザダイオ
ードの製造方法を説明するための断面図である。
【図3】本発明に係る逆メサリッジ導波型レーザダイオ
ードの製造方法を説明するための断面図である。
【図4】本発明に係る逆メサリッジ導波型レーザダイオ
ードの製造方法を説明するための断面図である。
【図5】本発明に係る逆メサリッジ導波型レーザダイオ
ードの製造方法を説明するための断面図である。
【図6】従来の正メサリッジ導波(Forword Mesa Ridge
Waveguide)型レーザダイオードを示す断面図である。
【図7】従来の逆メサリッジ導波(Reverse Mesa Ridge
Waveguide)型レーザダイオードを示す断面図である。
【符号の説明】
31・・N+ −InP基板 31a・・上面 31b・・下面 32・・N−InPバッファ層 33・・U−InGaAsP活性層 34・・P−InP導波層 35・・P−InGaAsP導波路制御層 36・・P−InPクラッド層 37・・P+ −InGaAsコンタクト層 38・・シリコン酸化膜パターン 39・・保護膜 40・・ポリイミド層 41・・P型オーミック金属層 42・・N型オーミック金属層

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面と下面とを有する第1導電型化合物
    半導体基板と、前記基板の上面に順次形成された第1導
    電型バッファ層,活性層及び第2導電型導波層と、前記
    導波層上に形成され、所定の幅をもつ第2導電型導波路
    制御層と、前記導波路制御層の幅より下部幅の広い逆メ
    サリッジ形状を有するとともに前記導波路制御層上に順
    次積層された第2導電型クラッド層及び第2導電型コン
    タクト層とを備えることを特徴とする逆メサリッジ導波
    型レーザダイオード。
  2. 【請求項2】 前記逆メサリッジ上部の前記コンタクト
    層を露出させつつ前記逆メサリッジを保護するために前
    記基板上に形成された保護膜と、前記逆メサリッジの両
    側部位を充填するために前記保護膜上に形成されたポリ
    イミド層と、前記コンタクト層の露出された部分とコン
    タクトしつつ前記基板上に形成された第2導電型オーミ
    ック金属層と、前記基板の下面に形成された第1導電型
    オーミック金属層とをさらに備えることを特徴とする請
    求項1記載の逆メサリッジ導波型レーザダイオード。
  3. 【請求項3】 前記基板はInP系列であり、前記活性
    層は1. 3μmの発振波長を有することを特徴とする請
    求項1記載の逆メサリッジ導波型レーザダイオード。
  4. 【請求項4】 前記化合物半導体基板はN+ −InP層
    であり、前記バッファ層はN−InP層であり、前記活
    性層はU−InGaAsP層であり、前記導波層はP−
    InP層であり、前記導波路制御層はP−InGaAs
    P層であり、前記クラッド層はP−InP層であり、前
    記コンタクト層はP+ −InGaAs層であることを特
    徴とする請求項3記載の逆メサリッジ導波型レーザダイ
    オード。
  5. 【請求項5】 前記導波路制御層の物質波長は1. 1μ
    m乃至1. 3μmであることを特徴とする請求項4記載
    の逆メサリッジ導波型レーザダイオード。
  6. 【請求項6】 前記基板はInP系列であり、前記活性
    層は1. 55μmの発振波長を有することを特徴とする
    請求項1記載の逆メサリッジ導波型レーザダイオード。
  7. 【請求項7】 前記導波路制御層はInGaAsP層で
    あり、その物質波長は1. 3μm乃至1. 55μmであ
    ることを特徴とする請求項6記載の逆メサリッジ導波型
    レーザダイオード。
  8. 【請求項8】 前記基板はGaAs系列であることを特
    徴とする請求項1記載の逆メサリッジ導波型レーザダイ
    オード。
  9. 【請求項9】 前記導波路制御層は前記活性層より低い
    屈折率と高いバンドギャップエネルギーをもつ物質であ
    ることを特徴とする請求項8記載の逆メサリッジ導波型
    レーザダイオード。
  10. 【請求項10】 上面と下面とを有する第1導電型化合
    物半導体基板の上面に、第1導電型バッファ層,活性
    層,第2導電型導波層,第2導電型導波路制御層,第2
    導電型クラッド層及び第2導電型コンタクト層を順次形
    成する段階と、前記コンタクト層及びクラッド層をエッ
    チングして上部及び下部が所定の幅をもつ逆メサリッジ
    を形成する段階と、前記逆メサリッジ下部の幅より狭い
    幅をもつように前記導波路制御層を選択的にエッチング
    する段階とを含むことを特徴とする逆メサリッジ導波型
    レーザダイオードの製造方法。
  11. 【請求項11】 前記逆メサリッジを保護するために前
    記基板上に保護膜を形成する段階と、前記逆メサリッジ
    の両側のエッチング部位を充填するように逆メサリッジ
    の両側の保護膜上にポリイミド層を形成する段階と、前
    記逆メサリッジ上部の前記コンタクト層が露出されるよ
    うに前記保護膜を一部除去する段階と、前記コンタクト
    層の露出された部分とコンタクトするように前記基板上
    に第2導電型オーミック金属層を形成する段階と、前記
    基板の下面に第1導電型オーミック金属層を形成する段
    階とをさらに備えることを特徴とする請求項10記載の
    逆メサリッジ導波型レーザダイオードの製造方法。
  12. 【請求項12】 前記基板はInP系列であり、前記活
    性層は1. 3μmの発振波長をもつことを特徴とする請
    求項10記載の逆メサリッジ導波型レーザダイオードの
    製造方法。
  13. 【請求項13】 前記化合物半導体基板はN+ −InP
    層であり、前記バッファ層はN−InP層,前記活性層
    はU−InGaAsP層,前記導波層はP−InP層,
    前記導波路制御層はP−InGaAsP層,前記クラッ
    ド層はP−InP層,前記コンタクト層はP+ −InG
    aAs層から形成されることを特徴とする請求項12記
    載の逆メサリッジ導波型レーザダイオードの製造方法。
  14. 【請求項14】 前記導波路制御層の物質波長は1. 1
    μm乃至1. 3μmであることを特徴とする請求項13
    記載の逆メサリッジ導波型レーザダイオードの製造方
    法。
  15. 【請求項15】 前記逆メサリッジを形成する段階にお
    いて、前記コンタクト層のエッチングはH3 PO4 とH
    22 とH2 Oとの混合溶液を用いたウェットエッチン
    グで進行することを特徴とする請求項13記載の逆メサ
    リッジ導波型レーザダイオードの製造方法。
  16. 【請求項16】 前記逆メサリッジを形成する段階にお
    いて、前記クラッド層のエッチングはHBrとH2 Oと
    の混合溶液を用いたウェットエッチングで進行すること
    を特徴とする請求項13記載の逆メサリッジ導波型レー
    ザダイオードの製造方法。
  17. 【請求項17】 前記基板はInP系列であり、前記活
    性層は1. 55μmの発振波長をもつことを特徴とする
    請求項10記載の逆メサリッジ導波型レーザダイオード
    の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記導波路制御層はInGaAsPで
    あり、その物質波長は1. 3μm乃至1. 55μmであ
    ることを特徴とする請求項17記載の逆メサリッジ導波
    型レーザダイオードの製造方法。
  19. 【請求項19】 前記基板はGaAs系列であることを
    特徴とする請求項10記載の逆メサリッジ導波型レーザ
    ダイオードの製造方法。
  20. 【請求項20】 前記導波路制御層は前記活性層より低
    い屈折率と高いバンドギャップエネルギーをもつ物質で
    あることを特徴とする請求項19記載の逆メサリッジ導
    波型レーザダイオードの製造方法。
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