JPS61102793A - Semiconductor laser element - Google Patents
Semiconductor laser elementInfo
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- JPS61102793A JPS61102793A JP22644784A JP22644784A JPS61102793A JP S61102793 A JPS61102793 A JP S61102793A JP 22644784 A JP22644784 A JP 22644784A JP 22644784 A JP22644784 A JP 22644784A JP S61102793 A JPS61102793 A JP S61102793A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
く技術分野〉
本発明は化合物半導体を用いたレーザ素子に関するもの
で、特に半導体基板に形成されたストライブ状の溝内に
活性層が埋め込まれた構造の半導体レーザ素子及びその
製造方法に関するものである。[Detailed Description of the Invention] Technical Field> The present invention relates to a laser device using a compound semiconductor, and particularly to a semiconductor laser device having a structure in which an active layer is embedded in a stripe-shaped groove formed in a semiconductor substrate. and its manufacturing method.
〈従来技術と問題点〉
低電流で安定した連続発振を得るために従来より半導体
基板表面に形成された溝や台地(メサ)状の部分に活性
層を形成し、その活性層の周囲をエネルギーギャップが
大きく屈折率の小さいクラッド層で囲み光導波路を形成
した構造(埋め込みへテロ構造)の半導体レーザが種々
提唱されている。第3図はその一例を示す要部断面図で
、1は例えば面方位(+00)のn型1nP基板、2は
p型1nP層、3はn型1nPよりなるクラッド層て溝
内に埋め込まれた層3−aとp型1nP層2上に堆積さ
れた層3−bより成る。4はInGaAsP層で溝内の
活性層4−aと溝外の層4−1)より成る。5はp型1
nPよりなるクラッド層である。<Conventional technology and problems> In order to obtain stable continuous oscillation with low current, an active layer is conventionally formed in a groove or mesa-like part formed on the surface of a semiconductor substrate, and energy is applied to the area around the active layer. Various semiconductor lasers have been proposed that have a structure (buried heterostructure) in which an optical waveguide is surrounded by a cladding layer with a large gap and a small refractive index. Fig. 3 is a cross-sectional view of a main part showing an example, in which 1 is an n-type 1nP substrate with a plane orientation (+00), 2 is a p-type 1nP layer, and 3 is a cladding layer made of n-type 1nP, which is buried in the trench. layer 3-a and layer 3-b deposited on p-type 1nP layer 2. 4 is an InGaAsP layer consisting of an active layer 4-a inside the trench and a layer 4-1 outside the trench. 5 is p-type 1
This is a cladding layer made of nP.
6はV字状溝で(Oll)方向に沿ってストライブ状に
形成されている。活性層4−aはV字状溝6内に埋め込
まれており、またInGaAsP層で形成された活性層
4−aはその周囲を屈折率が小さくエネルギーギヤツブ
の大きいInP層で囲まれていて先導波路を形成してい
る。また、電流は活性層4−aの両側に形成されたp型
1nP層2とn型1 n P N 3が逆バイアスダイ
オードとして働くために上下方向より注入された電流の
大部分が活性層4−aを通って流れるので高い発光効率
が得られる。6 is a V-shaped groove formed in a stripe shape along the (Oll) direction. The active layer 4-a is embedded in the V-shaped groove 6, and the active layer 4-a formed of an InGaAsP layer is surrounded by an InP layer with a small refractive index and a large energy gear. It forms a leading wave path. Furthermore, most of the current injected from above and below is transferred to the active layer 4 because the p-type 1nP layer 2 and the n-type 1nP N 3 formed on both sides of the active layer 4-a act as reverse bias diodes. -a, high luminous efficiency can be obtained.
しかし、このような埋込型の半導体レーザ素子において
は2つの大きな問題がある。第1番目はInGaAsP
の活性層4− aとそれを囲むInPのクラッド層3−
a、5との屈折率の差が大きいため、活性層4−aを幅
2ミクロン以下の徽細な寸法で精度よく作製する必要が
あることである。第2番目は注入電流のうち活性層4−
a以外の部分を通って流れる電流の割合が注入電流の増
加と共に増大することである。これは、n型1nP層3
−b。However, there are two major problems with such a buried semiconductor laser element. The first is InGaAsP
Active layer 4-a and InP cladding layer 3- surrounding it
Since there is a large difference in refractive index between the active layer 4-a and the active layer 4-a, it is necessary to precisely manufacture the active layer 4-a with a narrow dimension of 2 microns or less in width. The second is the active layer 4- of the injected current.
The proportion of current flowing through parts other than a increases as the injection current increases. This is the n-type 1nP layer 3
-b.
p型In’P層2及びn型1nP基板1がn−p−nト
ランジスタと等価であるため、注入電流の増加により、
上記トランジスタ構造のベースの役割を果たしているp
型InP層2へ注入される電流8−aが増加し、上記ト
ランジスタの電流増幅作用によって活性層4− a以外
の領域を流れる電流8が増加するためであると考えられ
る。この作用は半導体各層のp型とn型をすべて反転す
れば、上記トランジスタ構造がp−ロール型となってそ
の電流増幅率はn−p−n型トランジスタより小さいた
め、電流8の増加を幾分抑えることは可能であると考え
られる。しかし、実用的な観点から考えればいずれの極
性でもよい特性が得られることが望ましいことは言うま
でもない。上記活性層4−a以外の領域を流れる電流8
の活性層4−aを通って流れる電流7に対する相対的な
増加は発光効率を減少させ高出力が得難くなる等の問題
を生ずる。Since the p-type In'P layer 2 and the n-type 1nP substrate 1 are equivalent to an n-p-n transistor, the increase in injection current causes
p which plays the role of the base of the above transistor structure
This is considered to be because the current 8-a injected into the InP type layer 2 increases, and the current 8 flowing through regions other than the active layer 4-a increases due to the current amplification effect of the transistor. This effect can be realized by reversing the p-type and n-type of each semiconductor layer, and the above transistor structure becomes a p-roll type, and its current amplification factor is smaller than that of an n-p-n type transistor. It is thought that it is possible to reduce the amount by that amount. However, from a practical point of view, it goes without saying that it is desirable to be able to obtain good characteristics with either polarity. Current 8 flowing through a region other than the active layer 4-a
The relative increase in current 7 flowing through the active layer 4-a causes problems such as a decrease in luminous efficiency and a difficulty in obtaining high output.
〈発明の目的〉
本発明は上述のような従来からの埋込みへテロ構造半導
体レーザ素子における2つの大きな欠点を改善するため
になされたものであり、活性層の作製が容易で再現性が
確実に得られかつ活性層以外に流れる無効電流の増加を
抑制した半導体レーザ素子を提供することを目的とする
。<Object of the Invention> The present invention has been made to improve the two major drawbacks of the conventional buried heterostructure semiconductor laser device as described above, and it is possible to easily fabricate the active layer and ensure reproducibility. It is an object of the present invention to provide a semiconductor laser device in which an increase in reactive current flowing in areas other than the active layer is suppressed.
〈発明の構成〉
本発明の特徴は、例えば化合物半導体に対して特定の化
合物のみをエツチングするエッチャントを用いて選択的
なエツチングを行なうことにより、半導体基板に形状が
一定した底部の平坦なストライプ状溝を形成し、その溝
の底部に活性層を層設し、かつ該活性層をそれより屈折
率が低く、エネルギーギャップが大きいクラッド層で水
平方向から挾みさらに該クラッド層よりエネルギーギャ
ップが大きいクラッド層で上下方向から挾設して埋め込
み構造とした点にある。<Structure of the Invention> A feature of the present invention is that, for example, by selectively etching a compound semiconductor using an etchant that etches only a specific compound, a flat stripe shape with a uniform bottom is formed on a semiconductor substrate. A groove is formed, an active layer is layered at the bottom of the groove, and the active layer is sandwiched in the horizontal direction by a cladding layer having a lower refractive index and a larger energy gap than the cladding layer, and further has a larger energy gap than the cladding layer. The cladding layer is sandwiched from above and below to create an embedded structure.
〈実施例〉
本発明の1実施例を第1図及び第2図とともに説明する
。第1図(A)CB)(C)G))は本実施例の半導体
レーザ素子の製作過程を示す概略説明図である。まず、
第1図囚に示す如くn型1nP基板9上にエピタキシャ
ル成長法によりInGaAsP層10.p型1nP層1
1.n型1nP層12を順次多層に成長させる。この上
にホトレジストでマスクを作り通常のホトリソグラフィ
ー技術を用いてn型InP層12の表面からV字状の溝
を形成する。<Example> An example of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1(A) CB)(C)G)) are schematic explanatory diagrams showing the manufacturing process of the semiconductor laser device of this example. first,
As shown in FIG. 1, an InGaAsP layer 10 is formed on an n-type 1nP substrate 9 by epitaxial growth. p-type 1nP layer 1
1. The n-type 1nP layer 12 is sequentially grown into multiple layers. A photoresist mask is made on top of this, and a V-shaped groove is formed from the surface of the n-type InP layer 12 using a normal photolithography technique.
この時、エッチャントとして塩酸系のもの、例えばHC
IとH2Oの体積比が4対1の溶液を用いれば、lnP
はエツチングされるがInGaAsP層10はエツチン
グされない。その結果、第1図CB)に示す如く底部が
InGaAsP層10から成る平坦なV字状のストライ
プ溝がp型1nP層11とn型InpH12を貫通して
形成される。次に硫酸系のエッチャント、例えばH2S
O4,H2O2及びH2Oの体積比が3対1対lのもの
を用いればInGaAsP層lOはエツチングされるが
InP層I+、+2はエツチングされないので第1図(
C1に示すような上記溝の底部にInGaAsP層10
を貫通する溝ができ、基板9のInP表面が露呈される
。At this time, as an etchant, a hydrochloric acid-based etchant, such as HC
If a solution with a volume ratio of I and H2O of 4:1 is used, lnP
is etched, but the InGaAsP layer 10 is not etched. As a result, as shown in FIG. 1 (CB), a flat V-shaped stripe groove whose bottom portion is made of the InGaAsP layer 10 is formed passing through the p-type 1nP layer 11 and the n-type InpH layer 12. Next, use a sulfuric acid-based etchant, such as H2S.
If a volume ratio of O4, H2O2 and H2O of 3:1:1 is used, the InGaAsP layer IO will be etched, but the InP layers I+ and +2 will not be etched, as shown in FIG.
An InGaAsP layer 10 is placed at the bottom of the groove as shown in C1.
A groove passing through the substrate 9 is formed, and the InP surface of the substrate 9 is exposed.
ここで再びエビタキンヤル成長技術を用い、まず第2の
InGaAsP層13−a 、 l 3−1)を上記I
nGaAsP層10と同程度かそれ以下の厚さまで上記
溝の基板9露呈面及びn型1nP層12上に成長させ、
その後筒2のInGaAsP層に重畳してp型1nPク
ラッド層14を厚く成長させて第1図■)に示す宋子構
造を炸裂する。溝内に新たに成長された1nGaAsP
I留13−aが活性層となる。Here, using the Evita kinial growth technique again, first, the second InGaAsP layer 13-a, l 3-1) is grown by the above I
Grow it on the exposed surface of the substrate 9 in the groove and on the n-type 1nP layer 12 to a thickness comparable to or less than that of the nGaAsP layer 10,
After that, a p-type 1nP cladding layer 14 is grown thickly so as to overlap the InGaAsP layer of the cylinder 2, and the Songzi structure shown in FIG. 1 (2) is exploded. Newly grown 1nGaAsP in the trench
The I column 13-a becomes the active layer.
に記71,7造の半導体レーザ素子においてInGaA
sP層10は組成(混晶比)を適当に選定することによ
り、■ロGaAsP活性1ffl13−aより屈折率が
低くしかもエネルギーギャップの大きい層とすることが
できる。また、InGaAsP層10はいかなる組成の
場合でもInPよりは屈折率が活性層13−aに近いの
で、活性層13−aの幅は第3図の埋込み型レーザ素子
に比べて広くしても単−横モード発振を達成することが
できる。基板9にn(1g電極、クラッド層14に直接
あるいはオーミックコンタクト用のキャップ層を堆積し
た後p側電極を蒸着法等で形成し、両電極を介して駆動
電流を注入することにより、活性層13−aでレーザ発
振が開始される。In the semiconductor laser device of 71, 7 structure, InGaA
By appropriately selecting the composition (mixed crystal ratio), the sP layer 10 can be made into a layer having a lower refractive index and a larger energy gap than the GaAsP active 1ffl13-a. In addition, the refractive index of the InGaAsP layer 10 is closer to that of the active layer 13-a than that of InP in any composition, so even if the width of the active layer 13-a is made wider than that of the buried laser device shown in FIG. -Transverse mode oscillation can be achieved. An n (1g electrode) is formed on the substrate 9, and a p-side electrode is formed on the cladding layer 14 directly or after depositing a cap layer for ohmic contact by vapor deposition, etc., and a driving current is injected through both electrodes to form an active layer. Laser oscillation is started at 13-a.
第2図は本実施例の半導体レーザ素子の要部断面と注入
電流の流れを示す模式図である。InGaAsP層10
は全ての組成の場合において上下にあるInP層9,1
1よりエネルギーギャップが小さいため、その厚さを0
.1ミクロン程度に充分薄くしておけばn型1nP層9
.p型1nP層11.n型1nP層12で構成されるn
−p−n )ランジスタの’+u Ml利得を下げるこ
とができる。このため、注入される電流を増加しても大
部分の電流は矢印15で示したように活性層13−aを
通って流れ、矢印I6で示す活性層13−aを通らない
電流を少なく抑制することが可能であり、従来の埋込ヘ
テロ構造の半導体レーザ素子に比べて注入電流を増加さ
せた際の発光効率の低下が小さくなる。InGaAsP
層10は基板9上に薄く層設した場合であっても、選択
エツチング法によりストライブ状の溝を確実に形成する
ことができ、基板9がエツチングされないため溝底部を
平坦に残すことができる。従ってこの1pGaAsP層
10を貫通する溝内に活性層13−aを傅くかつ再現性
良く形成することができる。FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross section of a main part of the semiconductor laser device of this example and the flow of an injected current. InGaAsP layer 10
are the upper and lower InP layers 9, 1 for all compositions.
Since the energy gap is smaller than 1, its thickness is set to 0.
.. If it is made sufficiently thin to about 1 micron, it becomes an n-type 1nP layer 9.
.. p-type 1nP layer 11. n composed of n-type 1nP layer 12
−p−n) The '+u Ml gain of the transistor can be lowered. Therefore, even if the injected current is increased, most of the current flows through the active layer 13-a as shown by arrow 15, and the current that does not flow through the active layer 13-a as shown by arrow I6 is suppressed to a small amount. This makes it possible to reduce the drop in luminous efficiency when the injection current is increased compared to a conventional buried heterostructure semiconductor laser device. InGaAsP
Even when the layer 10 is thinly deposited on the substrate 9, striped grooves can be reliably formed by the selective etching method, and since the substrate 9 is not etched, the bottom of the groove can be left flat. . Therefore, the active layer 13-a can be formed within the groove penetrating the 1pGaAsP layer 10 with ease and good reproducibility.
尚、上記実施例においてはInP−InGaAsPの場
合について述べたが本発明は池の化合物半導体の組合せ
でも可能である。In the above embodiment, the case of InP-InGaAsP was described, but the present invention is also possible with a combination of compound semiconductors.
(発明の、効果〉
以上詳述した知<、本発明の半導体レーザ素子は、注入
電流を増加させても発光効率の低下が小さく高出力化が
可能となる。しかも単−横モード発振を得るように製作
することも容易である。(Effects of the Invention) As detailed above, the semiconductor laser device of the present invention has a small decrease in luminous efficiency even when the injection current is increased, and can achieve high output.Moreover, single-transverse mode oscillation can be achieved. It is also easy to manufacture.
第1図は本発明の1実施例を示す半導体レーザ素子の製
作過程の概略説明図である。第2図は第1図に示す半導
体レーザ素子の要部構成と注入電流の流れを示す模式図
である。第3図は従来の埋込型半導体レーザの要部構成
と注入電流の流れを示す模式図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of the manufacturing process of a semiconductor laser device showing one embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic diagram showing the main part configuration of the semiconductor laser device shown in FIG. 1 and the flow of injection current. FIG. 3 is a schematic diagram showing the main part configuration of a conventional buried semiconductor laser and the flow of injection current.
Claims (1)
埋込型半導体レーザ素子において、前記活性層の水平方
向を前記活性層より屈折率が小さくエネルギーギャップ
が大きい第1の層で囲み、前記活性層と該第1の層の垂
直方向をこれら両層より屈折率が小さくエネルギーギャ
ップが大きい第2の層で囲んだことを特徴とする半導体
レーザ素子。 2、InP基板上にエピタキシャル成長させた第1のI
nGaAsP層をストライプ状にエッチング除去し、エ
ッチング除去された部分に前記第1のInGaAsP層
より屈折率が大きくエネルギーギャップが小さい第2の
InGaAsP層を埋め込んで活性層とした特許請求の
範囲第1項記載の半導体レーザ素子。 3 第1のInGaAsP層と第2のInGaAsP層
上にInP層を堆積することにより前記第2のInGa
AsP層の上下方向をInPで挾設した特許請求の範囲
第2項記載の半導体レーザ素子。[Scope of Claims] 1. In a buried semiconductor laser device in which the active layer is surrounded in the vertical and horizontal directions by a heterojunction interface, a first semiconductor laser having a smaller refractive index and a larger energy gap than the active layer in the horizontal direction of the active layer A semiconductor laser device characterized in that the active layer and the first layer are surrounded in a vertical direction by a second layer having a smaller refractive index and a larger energy gap than both of these layers. 2. The first I epitaxially grown on the InP substrate
Claim 1: The nGaAsP layer is removed by etching in a stripe pattern, and a second InGaAsP layer having a higher refractive index and a smaller energy gap than the first InGaAsP layer is buried in the etched away portion to form an active layer. The semiconductor laser device described above. 3. The second InGaAsP layer is deposited on the first InGaAsP layer and the second InGaAsP layer.
3. The semiconductor laser device according to claim 2, wherein the AsP layer is sandwiched between InP in the vertical direction.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22644784A JPS61102793A (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Semiconductor laser element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22644784A JPS61102793A (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Semiconductor laser element |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61102793A true JPS61102793A (en) | 1986-05-21 |
Family
ID=16845238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22644784A Pending JPS61102793A (en) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | Semiconductor laser element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61102793A (en) |
-
1984
- 1984-10-26 JP JP22644784A patent/JPS61102793A/en active Pending
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