JPH05136526A - Semiconductor laser and manufacture thereof - Google Patents
Semiconductor laser and manufacture thereofInfo
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- JPH05136526A JPH05136526A JP32392591A JP32392591A JPH05136526A JP H05136526 A JPH05136526 A JP H05136526A JP 32392591 A JP32392591 A JP 32392591A JP 32392591 A JP32392591 A JP 32392591A JP H05136526 A JPH05136526 A JP H05136526A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は光通信システムの光源
である半導体レーザ及びその製造方法に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser which is a light source of an optical communication system and a manufacturing method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図３は例えば、昭和６３年度春応用物理
学会にて示された従来の半導体レーザの断面図である。
図において、１はｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ−ＩｎＰバッ
ファ層、３はｎ−ＩｎＰクラッド層、４はＩｎＧａＡｓ
Ｐ活性層、５はｐ−ＩｎＰクラッド層、６はｐ−ＩｎＧ
ａＡｓＰコンタクト層、７はポリイミド（有機絶縁膜）
層、８はｎ電極、９はｐ電極、１０は絶縁膜（Ｓｉ
Ｏ2 ）である。2. Description of the Related Art FIG. 3 is a sectional view of a conventional semiconductor laser shown in the Spring Applied Physics Society of 1988, for example.
In the figure, 1 is an n-InP substrate, 2 is an n-InP buffer layer, 3 is an n-InP cladding layer, and 4 is InGaAs.
P active layer, 5 is p-InP clad layer, 6 is p-InG
aAsP contact layer, 7 is polyimide (organic insulating film)
Layer, 8 is an n-electrode, 9 is a p-electrode, 10 is an insulating film (Si
O 2 ).
【０００３】次に動作について説明する。ｐ電極９とｎ
電極８の間に順バイアスを印加するとｐ電極９から正孔
が、ｎ電極８から電子が注入され、活性層４で再結合
し、発光する。屈折率の大きな活性層４は屈折率の小さ
なｎ−ＩｎＰクラッド層３及びｐ−ＩｎＰクラッド層５
で挟まれた導波路構造となっている。発光した光はこの
導波路内を伝搬し、共振器端面で反射を繰り返し発生す
る。このような半導体レーザは多波長で発振するため、
一般にギガビットクラス高速変調に用いられる半導体レ
ーザにおいては活性層４の近傍に回折格子を設けること
によりブラック反射導波路構造にて単一波長発振を得て
いる。半導体レーザを高速変調させるには寄生容量の低
減と、緩和振動周波数の増大を行う必要がある。この寄
生容量の主要因は埋め込み型（ＢＨ型）半導体レーザの
場合、ストライプ部分から両脇の埋め込み領域へ流れる
電流パスに含まれるＩｎＰホモ接合容量である。ｎ−Ｉ
ｎＰ基板１上にｎ−ＩｎＰバッファ層２，ｎ−ＩｎＰク
ラッド層３，ＩｎＧａＡｓＰ活性層４，ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層５、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６をＬＰＥ
法またはＭＯＣＶＤ法等の結晶成長方法によりエピタキ
シャル成長させたあと、幅約１μｍ程度のストライプ部
分を残してエッチングにより除去する。Next, the operation will be described. p electrode 9 and n
When a forward bias is applied between the electrodes 8, holes are injected from the p electrode 9 and electrons are injected from the n electrode 8 and are recombined in the active layer 4 to emit light. The active layer 4 having a large refractive index is the n-InP cladding layer 3 and the p-InP cladding layer 5 having a small refractive index.
It has a waveguide structure sandwiched between. The emitted light propagates in this waveguide and is repeatedly reflected at the end face of the resonator. Since such a semiconductor laser oscillates at multiple wavelengths,
In a semiconductor laser generally used for gigabit class high speed modulation, a single wavelength oscillation is obtained by a black reflection waveguide structure by providing a diffraction grating near the active layer 4. In order to modulate the semiconductor laser at high speed, it is necessary to reduce the parasitic capacitance and increase the relaxation oscillation frequency. In the case of a buried (BH) type semiconductor laser, the main cause of this parasitic capacitance is the InP homojunction capacitance included in the current path flowing from the stripe portion to the buried regions on both sides. n-I
An n-InP buffer layer 2, an n-InP clad layer 3, an InGaAsP active layer 4, a p-InP clad layer 5, and a p-InGaAsP contact layer 6 are formed on the nP substrate 1 by LPE.
After epitaxial growth by a crystal growth method such as the MOCVD method or MOCVD method, the stripe portion having a width of about 1 μm is removed by etching.
【０００４】その後、ストライプ両側の埋め込み領域部
分を絶縁膜（ＳｉＯ2 ）１０，ポリイミド７で埋め込
み、ｎ側電極８，ｐ側電極９を形成することにより作製
する。埋め込み領域をポリイミド７で埋め込んでいるた
め電流はストライプ領域を効率よく流れる。また埋め込
み領域内に寄生容量の主要因であるＩｎＰホモ接合容量
が形成されないため寄生容量が改善される。その結果、
周波数特性の内のＲＣ時定数によって決まる低周波領域
でのロールオフを小さくすることができ、数ギガビット
以上の超高速変調が可能である。After that, the buried region portions on both sides of the stripe are buried with an insulating film (SiO 2 ) 10 and polyimide 7, and an n-side electrode 8 and a p-side electrode 9 are formed. Since the buried region is filled with the polyimide 7, the current efficiently flows through the stripe region. Further, since the InP homojunction capacitance, which is the main factor of the parasitic capacitance, is not formed in the buried region, the parasitic capacitance is improved. as a result,
It is possible to reduce the roll-off in the low frequency region that is determined by the RC time constant of the frequency characteristics, and it is possible to perform ultra-high speed modulation of several gigabits or more.
【０００５】またＧａＡｓ系半導体レーザにおいてはＡ
ｌ2 Ｏ3で埋め込まれた例もある。図４は1990年12th IE
EE International Semiconductor Laser Conf. で示さ
れた従来の半導体レーザの断面図であり、図において、
２１はＡｌ2 Ｏ3 である。In the GaAs semiconductor laser, A
In some cases, it is embedded with l 2 O 3 . Figure 4 is the 1990 12th IE
It is a cross-sectional view of a conventional semiconductor laser shown in EE International Semiconductor Laser Conf.
21 is Al 2 O 3 .
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザは
以上のように構成されているので、その周波数特性は緩
和振動周波数ｆr によって制限される。このｆr を改善
する１つの手法として高出力動作がある。従来の半導体
レーザでは埋め込み領域内をポリイミドで埋め込んであ
るため熱伝導が悪く高出力動作（２０ｍＷ以上）ができ
ない。また線膨張係数が半導体材料と異なるため活性領
域にストレスが加わりレーザの信頼性に問題があるなど
の問題点があった。Since INVENTION Problems to be Solved conventional semiconductor laser is constructed as described above, the frequency characteristic is limited by the relaxation oscillation frequency f r. There are high-output operation as one approach to improve the f r. In the conventional semiconductor laser, since the embedded region is filled with polyimide, the thermal conductivity is poor and high output operation (20 mW or more) cannot be performed. In addition, since the linear expansion coefficient is different from that of the semiconductor material, stress is applied to the active region, and there is a problem in reliability of the laser.
【０００７】この発明は上記の問題点を解消するために
なされたもので、３０ｍＷ以上の高出力動作をして遮断
周波数１０ＧＨｚ以上、緩和振動周波数１５ＧＨｚ以上
の周波数特性を有し、かつ高い信頼性を持った半導体レ
ーザ及びその製造方法を得ることを目的としている。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems and has a frequency characteristic of a cutoff frequency of 10 GHz or more and a relaxation oscillation frequency of 15 GHz or more with a high output operation of 30 mW or more and high reliability. It is an object of the present invention to obtain a semiconductor laser and a manufacturing method thereof.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】この発明にかかる半導体
レーザ及びその製造方法は、埋め込み型半導体レーザに
おいて、ストライプ両側にメサ溝を形成し、前記メサ溝
内を分散メッキで埋め込むようにしたものである。A semiconductor laser and a method of manufacturing the same according to the present invention are embedding type semiconductor lasers in which mesa grooves are formed on both sides of a stripe, and the mesa grooves are filled with dispersion plating. is there.
【０００９】また、この発明にかかる半導体レーザ及び
その製造方法は、ストライプ両側にメサエッチをほどこ
し、エッチング除去した箇所をメッキで埋め込むように
したものである。Further, the semiconductor laser and the method for manufacturing the same according to the present invention are such that both sides of the stripe are subjected to mesa etching and the portions removed by etching are filled with plating.
【００１０】また、この発明にかかる半導体レーザ及び
その製造方法は、活性領域を残すようにメサエッチング
して形成したメサに電流ブロック層を埋め込み、前記活
性領域と電流ブロック層の一部を含むストライプ部の両
側にメサ溝を形成し、該溝内をメッキで埋め込むように
したものである。Further, in the semiconductor laser and the method for manufacturing the same according to the present invention, a current block layer is embedded in a mesa formed by mesa etching so as to leave an active region, and a stripe including the active region and a part of the current block layer. A mesa groove is formed on both sides of the portion, and the inside of the groove is filled with plating.
【００１１】[0011]
【作用】この発明に係る半導体レーザ及びその製造方法
においては、ストライプ部両脇のメサ又はメサ溝をメッ
キで埋め込んだので、熱を活性層両脇に逃がすことがで
きるため、高出力動作が可能となる。また寄生容量が低
減され周波数特性が改善される。前記メッキは線膨張係
数が半導体レーザ材料のそれとほぼ等しい分散メッキと
したので、埋込領域から活性領域へストレスが加わらな
いため高い信頼性を得ることができる。またメッキで埋
め込むので、短時間に再現性よく埋込領域を形成するこ
とができる。In the semiconductor laser and the method of manufacturing the same according to the present invention, since the mesas or mesas on both sides of the stripe portion are filled with plating, heat can be radiated to both sides of the active layer, so high-power operation is possible. Becomes Further, the parasitic capacitance is reduced and the frequency characteristic is improved. Since the plating is dispersion plating having a linear expansion coefficient substantially equal to that of the semiconductor laser material, stress is not applied from the buried region to the active region, so that high reliability can be obtained. Further, since the burying is performed by plating, the burying region can be formed with good reproducibility in a short time.
【００１２】[0012]
【実施例】以下この発明の一実施例を図について説明す
る。図１(a) は、本発明の第１の実施例による半導体レ
ーザを示す。図において、１はｎ−ＩｎＰ基板、２はｎ
−ＩｎＰバッファ層、３はｎ−ＩｎＰクラッド層、４は
ＩｎＧａＡｓＰ活性層、５はｐ−ＩｎＰクラッド層、６
はｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層、８はｎ電極、９は
ｐ電極、１０は絶縁膜、１１はメッキ給電層、１２はメ
ッキである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A shows a semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is an n-InP substrate, 2 is n
-InP buffer layer, 3 is n-InP cladding layer, 4 is InGaAsP active layer, 5 is p-InP cladding layer, 6
Is a p-InGaAsP contact layer, 8 is an n-electrode, 9 is a p-electrode, 10 is an insulating film, 11 is a plated power supply layer, and 12 is plating.
【００１３】次に上記実施例の製造方法について説明す
る。ｎ−ＩｎＰ基板１上に液相または気相成長法により
ｎ−ＩｎＰバッファ層２，ｎ−ＩｎＰクラッド層３，Ｉ
ｎＧａＡｓＰ活性層４、ｐ−ＩｎＰクラッド層５，ｐ−
ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６を結晶成長させる。幅１
〜２μｍの活性領域を残すように、両脇に幅約５〜１０
μｍ程度、深さ約１０μｍ程度（ｎ−ＩｎＰクラッド層
３に達する深さ以上）の溝をドライエッチングもしくは
ウェットエッチングで形成する。次にスパッタ装置等を
用いて熱伝導率が高くかつ誘電率の小さい絶縁膜（Ｓｉ
Ｏ2 ，ＡｌＮ，ＳｉＣ，ＢＮ等）１０をストライプ上部
を除く溝内及び外周部に約数百〜数千オングストローム
成膜する。次にスパッタ装置等を用いてメッキ給電層１
１を溝内に形成する。メッキ給電層１１はｐ電極９と同
一材料（Ａｕを含む）でもよい。次にパルスメッキを用
いて溝内のみを選択メッキで埋め込む。メッキはＡｕの
みでなくＡｕにＳｉ等の半導体材料を混ぜた分散メッキ
である。Next, the manufacturing method of the above embodiment will be described. An n-InP buffer layer 2, an n-InP cladding layer 3, I on the n-InP substrate 1 by a liquid phase or vapor phase growth method.
nGaAsP active layer 4, p-InP clad layer 5, p-
The InGaAsP contact layer 6 is crystal-grown. Width 1
Width of about 5-10 on both sides, leaving an active area of ~ 2 μm
A groove having a depth of about 10 μm and a depth of about 10 μm (more than the depth reaching the n-InP cladding layer 3) is formed by dry etching or wet etching. Next, an insulating film (Si having a high thermal conductivity and a small dielectric constant) (Si
O 2, AlN, SiC, BN, etc.) 10 for approximately several hundred to several thousand angstroms deposited groove and the outer peripheral portion excluding the stripe top. Next, using a sputtering device or the like, the plating power supply layer 1
1 is formed in the groove. The plating power supply layer 11 may be made of the same material (including Au) as the p electrode 9. Next, using pulse plating, only the groove is filled with selective plating. The plating is not only Au but also dispersion plating in which Au and a semiconductor material such as Si are mixed.
【００１４】[0014]
【表１】 [Table 1]
【００１５】に各種材料に対する線膨張係数，熱伝導率
を示す。Ａｕの場合熱伝導が非常に優れているのに対し
て線膨張係数が２倍以上大きい。しかしＡｕ−Ｓｉから
なる分散メッキではＡｕと同程度の熱伝導率が得られ、
かつ線膨張係数もＩｎＰやＧａＡｓとほぼ等しい。最後
にｎ−ＩｎＰ基板１側にｎ電極８を、またストライプ上
にｐ電極９を形成する（但しｐ電極９がメッキ給電層１
１と同一の場合ｐ電極９形成工程は除く）ことにより半
導体レーザができる。The linear expansion coefficient and the thermal conductivity for various materials are shown in. In the case of Au, the thermal conductivity is very excellent, but the coefficient of linear expansion is twice or more. However, the dispersion plating made of Au-Si has the same thermal conductivity as Au,
Moreover, the linear expansion coefficient is almost equal to that of InP and GaAs. Finally, the n-electrode 8 is formed on the n-InP substrate 1 side, and the p-electrode 9 is formed on the stripe (however, the p-electrode 9 is the plating power supply layer 1).
In the case of the same as No. 1, except for the step of forming the p-electrode 9, a semiconductor laser can be obtained.
【００１６】次に動作について説明する。ｐ電極９とｎ
電極８に順バイアスを印加すると、電流は幅１〜２μｍ
のストライプ部分のみに集中して流れ、活性層４内で電
子と正孔が再結合し発光する。発光した光はｎ−ＩｎＰ
クラッド層３，ＩｎＧａＡｓＰ活性層４，ｐ−ＩｎＰク
ラッド層で構成された光導波路内を伝搬し、レーザ発振
する。活性層４の両脇部分をメッキ１２で埋め込んでい
るため、非常に放熱がよく活性層４で発生した熱は基板
１側のみだけでなく活性層４の両脇のメッキ部分１２を
通して横方向にも逃すことができる。その結果高注入時
でも光出力は熱の影響によって飽和することなく３０ｍ
Ｖ以上の光出力が容易に得られる。一般に緩和振動周波
数ｆr は（光出力）1/2 に比例するため、ｆr ＞１５Ｇ
Ｈｚが容易に達成できる。また活性層４の両脇を絶縁膜
１０とメッキ１２で埋め込んでいるため、埋め込み領域
に流れる電流がない。さらに、高周波で動作させた場
合、溝部分のＭＩＳ容量が問題となるが、絶縁膜１０に
は非常に誘電率の小さい材料を用いているので、特に問
題とならない。このため、周波数特性の内のＲＣ時定数
によって決まる低周波領域でのロールオフが見られず、
この半導体レーザの周波数特性はｆr のみによって決ま
ることになり、１０Ｇｂ／Ｓ以上の超高速変調動作に対
して十分問題なく使用できるようになる。一方埋め込み
領域に用いたメッキはＡｕのみでなく、Ａｕ＋Ｚｉから
なる分散メッキであるため線膨張係数がＩｎＰとほぼ等
しく、活性層にストレスが加わらない。その結果レーザ
の寿命特性はストライプ部分をｎ−ＩｎＰとｐ−ＩｎＰ
電流ブロック層で埋め込んだＢＨタイプの半導体レーザ
と同等で１０万時間以上の長寿命が得られる。Next, the operation will be described. p electrode 9 and n
When a forward bias is applied to the electrode 8, the current has a width of 1 to 2 μm.
The electrons flow in a concentrated manner only in the stripe portion, and electrons and holes are recombined in the active layer 4 to emit light. The emitted light is n-InP
It propagates in the optical waveguide composed of the clad layer 3, the InGaAsP active layer 4, and the p-InP clad layer, and oscillates. Since both sides of the active layer 4 are filled with the plating 12, the heat is radiated very well, and the heat generated in the active layer 4 is laterally passed not only on the substrate 1 side but also through the plated portions 12 on both sides of the active layer 4. Can also be missed. As a result, even at high injection, the optical output does not saturate due to the influence of heat and is 30 m.
A light output of V or more can be easily obtained. Generally relaxation oscillation frequency f r is proportional to 1/2 (light output), f r> 15G
Hz can be easily achieved. Further, since both sides of the active layer 4 are filled with the insulating film 10 and the plating 12, there is no current flowing in the embedded region. Further, when operated at a high frequency, the MIS capacitance in the groove portion becomes a problem, but since the insulating film 10 is made of a material having a very low dielectric constant, there is no particular problem. Therefore, the roll-off in the low frequency region determined by the RC time constant of the frequency characteristics is not seen,
The frequency characteristics of the semiconductor laser will be determined only by f r, it becomes possible to use not sufficiently problems for 10Gb / S or more ultra high speed modulation operation. On the other hand, since the plating used for the buried region is not only Au but also dispersion plating made of Au + Zi, the linear expansion coefficient is almost equal to InP, and stress is not applied to the active layer. As a result, the lifetime characteristics of the laser show that the stripe portion has n-InP and p-InP.
Similar to a BH type semiconductor laser embedded with a current block layer, it has a long life of 100,000 hours or more.
【００１７】図１(b) は、本発明の第２の実施例による
半導体レーザを示す。上記第１の実施例では幅１〜２μ
ｍの活性領域を残すように、両脇に幅５〜１０μｍの狭
メサ溝を形成して、溝内をメッキで埋め込む場合を示し
たが、図１(b) の第２の実施例に示すように幅１〜２μ
ｍの活性領域を残すようにメサエッチを行い、エッチン
グ除去した部分をメッキで埋めこんでもよく、同様の効
果が得られる。FIG. 1B shows a semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the width is 1-2 μ
Although a narrow mesa groove having a width of 5 to 10 μm is formed on both sides so as to leave the active region of m, and the inside of the groove is filled with plating, it is shown in the second embodiment of FIG. 1 (b). Width 1-2μ
Mesa etching may be performed so as to leave an active region of m, and a portion removed by etching may be embedded by plating, and the same effect is obtained.
【００１８】図２は、本発明の第３の実施例による半導
体レーザを示す。図２に示すように幅１〜２μｍの活性
領域を残すように、両脇にメサエッチングを施し、メサ
をｐ−ＩｎＰ電流ブロック層１３，ｎ−ＩｎＰ電流ブロ
ック層１４で埋め込んだＢＨレーザにおいて、幅１〜２
μｎの活性層を含む幅３〜５μｍのストライプ部を残す
ようにメサ溝を形成し、その溝内をメッキで埋め込んだ
ものである。FIG. 2 shows a semiconductor laser according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, in a BH laser in which mesa etching is performed on both sides so as to leave an active region having a width of 1 to 2 μm, and the mesa is embedded with the p-InP current blocking layer 13 and the n-InP current blocking layer 14, Width 1-2
A mesa groove is formed so as to leave a stripe portion having a width of 3 to 5 μm including an active layer of μn, and the inside of the groove is filled with plating.
【００１９】本実施例では、第１の実施例と同様、熱を
活性層両脇に逃すことができるため高出力動作が可能と
なる、また寄生容量が低減され周波数特性が改善され
る、埋込領域から活性領域へストレスが加わらない、と
いう効果が得られる。In this embodiment, as in the first embodiment, heat can be dissipated to both sides of the active layer, so that high output operation is possible, and parasitic capacitance is reduced and frequency characteristics are improved. The effect that stress is not applied from the embedded region to the active region is obtained.
【００２０】なお、上記第１〜第３の実施例では、ｎ−
ＩｎＰ基板の場合を示したが、ｐ−ＩｎＰ基板あるいは
ＧａＡｓ基板の場合であってもよい。またファブリペロ
ー型レーザについて示したが、単一波長レーザ（ＤＦＢ
レーザ，ＤＢＲレーザ等）であってもよい。In the above first to third embodiments, n-
Although an InP substrate is shown, it may be a p-InP substrate or a GaAs substrate. We have also shown a Fabry-Perot type laser, but a single wavelength laser (DFB
Laser, DBR laser, etc.).
【００２１】また、ストライプ両脇を埋め込むメッキに
はＡｕ＋Ｓｉの分散メッキの例を示したが、熱伝導率が
よくかつ線膨張係数がＩｎＰ，ＧａＡｓに近い材料（金
属単体もしくは金属＋半導体材料）であれば、これを用
いることができる。Although an example of Au + Si dispersion plating is shown as the plating for filling both sides of the stripe, a material (metal alone or metal + semiconductor material) having good thermal conductivity and a coefficient of linear expansion close to that of InP or GaAs is used. If available, this can be used.
【００２２】[0022]
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、埋め込
みヘテロ型半導体レーザにおいてストライプ両脇の溝内
をメッキで埋め込んだので、放熱効果を上げることがで
き、かつ寄生容量の低減を図ることができる。また、そ
の結果周波数特性の改善が図れ、１０Ｇｂ／Ｓ以上の超
高速変調が可能となる。さらに、寿命特性も１０万時間
の長寿命が期待でき、メッキで埋め込むため短時間に再
現性よく精度の高いものが得られるという効果がある。As described above, according to the present invention, since the trenches on both sides of the stripe are buried by plating in the buried hetero type semiconductor laser, the heat dissipation effect can be improved and the parasitic capacitance can be reduced. You can Further, as a result, the frequency characteristic can be improved, and ultra-high speed modulation of 10 Gb / S or more can be achieved. Further, it is possible to expect a long life of 100,000 hours in terms of life characteristics, and it is possible to obtain a product having high reproducibility and high accuracy in a short time because it is embedded by plating.
【図１】この発明の第１、第２の実施例による半導体レ
ーザを示す正面断面図である。FIG. 1 is a front sectional view showing a semiconductor laser according to first and second embodiments of the present invention.
【図２】この発明の第３の実施例を示す半導体レーザの
正面断面図である。FIG. 2 is a front sectional view of a semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention.
【図３】従来の半導体レーザを示す正面断面図である。FIG. 3 is a front sectional view showing a conventional semiconductor laser.
【図４】従来の半導体レーザを示す正面断面図である。FIG. 4 is a front sectional view showing a conventional semiconductor laser.
１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ３ ｎ−ＩｎＰクラッド層 ４ ＩｎＧａＡｓＰ活性層 ５ ｐ−ＩｎＰクラッド層 ６ ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層 ７ ポリイミド ８ ｎ電極 ９ ｐ電極 １０ 絶縁膜 １１ メッキ給電層 １２ メッキ １３ ｐ−ＩｎＰ電流ブロック層 １４ ｎ−ＩｎＰ電流ブロック層 ２１ Ａｌ2 Ｏ3 1 n-InP substrate 2 n-InP buffer layer 3 n-InP clad layer 4 InGaAsP active layer 5 p-InP clad layer 6 p-InGaAsP contact layer 7 polyimide 8 n electrode 9 p electrode 10 insulating film 11 plating power supply layer 12 plating 13 p-InP current blocking layer 14 n-InP current blocking layer 21 Al 2 O 3
─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───
【手続補正書】[Procedure amendment]
【提出日】平成４年７月８日[Submission date] July 8, 1992
【手続補正１】[Procedure Amendment 1]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】０００３[Name of item to be corrected] 0003
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【０００３】次に動作について説明する。ｐ電極９とｎ
電極８の間に順バイアスを印加するとｐ電極９から正孔
が、ｎ電極８から電子が注入され、活性層４で再結合
し、発光する。屈折率の大きな活性層４は屈折率の小さ
なｎ−ＩｎＰクラッド層３及びｐ−ＩｎＰクラッド層５
で挟まれた導波路構造となっている。発光した光はこの
導波路内を伝搬し、共振器端面で反射を繰り返し発振す
る。このような半導体レーザは多波長で発振するため、
一般にギガビットクラス高速変調に用いられる半導体レ
ーザにおいては活性層４の近傍に回折格子を設けること
によりブラック反射導波路構造にて単一波長発振を得て
いる。半導体レーザを高速変調させるには寄生容量の低
減と、緩和振動周波数の増大を行う必要がある。この寄
生容量の主要因は埋め込み型（ＢＨ型）半導体レーザの
場合、ストライプ部分から両脇の埋め込み領域へ流れる
電流パスに含まれるＩｎＰホモ接合容量である。ｎ−Ｉ
ｎＰ基板１上にｎ−ＩｎＰバッファ層２，ｎ−ＩｎＰク
ラッド層３，ＩｎＧａＡｓＰ活性層４，ｐ−ＩｎＰクラ
ッド層５，ｐ−ＩｎＧａＡｓＰコンタクト層６をＬＰＥ
法またはＭＯＣＶＤ法等の結晶成長方法によりエピタキ
シャル成長させたあと、幅１μｍ程度のストライプ部分
を残してエッチングにより除去する。Next, the operation will be described. p electrode 9 and n
When a forward bias is applied between the electrodes 8, holes are injected from the p electrode 9 and electrons are injected from the n electrode 8 and are recombined in the active layer 4 to emit light. The active layer 4 having a large refractive index is the n-InP cladding layer 3 and the p-InP cladding layer 5 having a small refractive index.
It has a waveguide structure sandwiched between. The emitted light propagates in this waveguide and is repeatedly reflected and oscillated at the end face of the resonator. Since such a semiconductor laser oscillates at multiple wavelengths,
In a semiconductor laser generally used for gigabit class high speed modulation, a single wavelength oscillation is obtained by a black reflection waveguide structure by providing a diffraction grating near the active layer 4. In order to modulate the semiconductor laser at high speed, it is necessary to reduce the parasitic capacitance and increase the relaxation oscillation frequency. In the case of a buried (BH) type semiconductor laser, the main cause of this parasitic capacitance is the InP homojunction capacitance included in the current path flowing from the stripe portion to the buried regions on both sides. n-I
An n-InP buffer layer 2, an n-InP clad layer 3, an InGaAsP active layer 4, a p-InP clad layer 5, and a p-InGaAsP contact layer 6 are formed on the nP substrate 1 by LPE.
After epitaxial growth by a crystal growth method such as the MOCVD method or the MOCVD method, the stripe portion having a width of about 1 μm is removed by etching.
【手続補正２】[Procedure Amendment 2]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１５[Correction target item name] 0015
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１５】表１に各種材料に対する線膨張係数，熱伝
導率を示す。Ａｕの場合熱伝導が非常に優れているのに
対して線膨張係数が２倍以上大きい。しかしＡｕ−Ｓｉ
からなる分散メッキではＡｕと同程度の熱伝導率が得ら
れ、かつ線膨張係数もＩｎＰやＧａＡｓとほぼ等しい。
最後にｎ−ＩｎＰ基板１側にｎ電極８を、またストライ
プ上にｐ電極９を形成する（但しｐ電極９がメッキ給電
層１１と同一の場合ｐ電極９形成工程は除く）ことによ
り半導体レーザができる。 Table 1 shows the linear expansion coefficient and thermal conductivity for various materials. In the case of Au, the thermal conductivity is very excellent, but the coefficient of linear expansion is twice or more. But Au-Si
The dispersion plating made of Al has a thermal conductivity similar to that of Au, and has a linear expansion coefficient almost equal to that of InP or GaAs.
Finally, the n-electrode 8 is formed on the n-InP substrate 1 side, and the p-electrode 9 is formed on the stripe (however, if the p-electrode 9 is the same as the plating power supply layer 11, the p-electrode 9 forming step is excluded). You can
【手続補正３】[Procedure 3]
【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement
【補正対象項目名】００１６[Correction target item name] 0016
【補正方法】変更[Correction method] Change
【補正内容】[Correction content]
【００１６】次に動作について説明する。ｐ電極９とｎ
電極８に順バイアスを印加すると、電流は幅１〜２μｍ
のストライプ部分のみに集中して流れ、活性層４内で電
子と正孔が再結合し発光する。発光した光はｎ−ＩｎＰ
クラッド層３，ＩｎＧａＡｓＰ活性層４，ｐ−ＩｎＰク
ラッド層で構成された光導波路内を伝搬し、レーザ発振
する。活性層４の両脇部分をメッキ１２で埋め込んでい
るため、非常に放熱がよく活性層４で発生した熱は基板
１側のみだけでなく活性層４の両脇のメッキ部分１２を
通して横方向にも逃すことができる。その結果高注入時
でも光出力は熱の影響によって飽和することなく３０ｍ
Ｗ以上の光出力が容易に得られる。一般に緩和振動周波
数ｆr は（光出力）1/2 に比例するため、ｆr ＞１５Ｇ
Ｈｚが容易に達成できる。また活性層４の両脇を絶縁膜
１０とメッキ１２で埋め込んでいるため、埋め込み領域
に流れる電流がない。さらに、高周波で動作させた場
合、溝部分のＭＩＳ容量が問題となるが、絶縁膜１０に
は非常に誘電率の小さい材料を用いているので、特に問
題とならない。このため、周波数特性の内のＲＣ時定数
によって決まる低周波領域でのロールオフが見られず、
この半導体レーザの周波数特性はｆr のみによって決ま
ることになり、１０Ｇｂ／Ｓ以上の超高速変調動作に対
して十分問題なく使用できるようになる。一方埋め込み
領域に用いたメッキはＡｕのみでなく、Ａｕ＋Ｓｉから
なる分散メッキであるため線膨張係数がＩｎＰとほぼ等
しく、活性層にストレスが加わらない。その結果レーザ
の寿命特性はストライプ部分をｎ−ＩｎＰとｐ−ＩｎＰ
電流ブロック層で埋め込んだＢＨタイプの半導体レーザ
と同等で１０万時間以上の長寿命が得られる。Next, the operation will be described. p electrode 9 and n
When a forward bias is applied to the electrode 8, the current has a width of 1 to 2 μm.
The electrons flow in a concentrated manner only in the stripe portion, and electrons and holes are recombined in the active layer 4 to emit light. The emitted light is n-InP
It propagates in the optical waveguide composed of the clad layer 3, the InGaAsP active layer 4, and the p-InP clad layer, and oscillates. Since both sides of the active layer 4 are filled with the plating 12, the heat is radiated very well, and the heat generated in the active layer 4 is laterally passed not only on the substrate 1 side but also through the plated portions 12 on both sides of the active layer 4. Can also be missed. As a result, even at high injection, the optical output does not saturate due to the influence of heat and is 30 m.
A light output of W or more can be easily obtained. Generally relaxation oscillation frequency f r is proportional to 1/2 (light output), f r> 15G
Hz can be easily achieved. Further, since both sides of the active layer 4 are filled with the insulating film 10 and the plating 12, there is no current flowing in the embedded region. Further, when operated at a high frequency, the MIS capacitance in the groove portion becomes a problem, but since the insulating film 10 is made of a material having a very low dielectric constant, there is no particular problem. Therefore, the roll-off in the low frequency region determined by the RC time constant of the frequency characteristics is not seen,
The frequency characteristics of the semiconductor laser will be determined only by f r, it becomes possible to use not sufficiently problems for 10Gb / S or more ultra high speed modulation operation. On the other hand, since the plating used for the buried region is not only Au but also dispersion plating made of Au + Si , the linear expansion coefficient is almost equal to that of InP, and stress is not applied to the active layer. As a result, the lifetime characteristics of the laser show that the stripe portion has n-InP and p-InP.
Similar to a BH type semiconductor laser embedded with a current block layer, it has a long life of 100,000 hours or more.
Claims (6)
ャー層からなるストライプ状の導波路を形成し、 前記ストライプ状の導波路を電流ブロック層で埋め込
み、 前記ストライプ状の導波路の両側にメサ溝を形成し、 前記メサ溝内にメッキを埋め込んでなることを特徴とす
る半導体レーザ。1. A stripe-shaped waveguide comprising a double heterostructure layer is formed on a semiconductor substrate, the stripe-shaped waveguide is filled with a current block layer, and mesa grooves are formed on both sides of the stripe-shaped waveguide. A semiconductor laser is characterized in that plating is embedded in the mesa groove.
ャー層からなるストライプ状の導波路をメサエッチング
することにより形成し、 該エッチング除去した箇所をメッキで埋め込んでなるこ
とを特徴とする半導体レーザ。2. A semiconductor laser characterized in that a stripe-shaped waveguide comprising a double heterostructure layer is formed on a semiconductor substrate by mesa etching, and a portion removed by etching is filled with plating.
ャー層からなる活性領域を形成し、 前記活性領域両側をメサエッチングして形成したメサを
電流ブロック層で埋め込み、 前記活性領域と前記電流ブロック層の一部を含むストラ
イプ部の両側にメサ溝を形成し、 前記メサ溝にメッキを埋め込んでなることを特徴とする
半導体レーザ。3. An active region composed of a double heterostructure layer is formed on a semiconductor substrate, and mesas formed by mesa-etching both sides of the active region are filled with a current block layer, and one of the active region and the current block layer is formed. A semiconductor laser, characterized in that mesa grooves are formed on both sides of a stripe part including the parts, and plating is embedded in the mesa grooves.
ャー層からなるストライプ状の導波路を形成する工程
と、 前記ストライプ状の導波路を電流ブロック層で埋め込む
工程と、 前記ストライプ状の導波路の両側にメサ溝を形成する工
程と、 前記メサ溝内にメッキを埋め込む工程とを含むことを特
徴とする半導体レーザの製造方法。4. A step of forming a stripe-shaped waveguide made of a double heterostructure layer on a semiconductor substrate, a step of embedding the stripe-shaped waveguide with a current block layer, and both sides of the stripe-shaped waveguide. A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising: a step of forming a mesa groove; and a step of embedding plating in the mesa groove.
ャー層からなるストライプ状の導波路をメサエッチング
することにより形成する工程と、 該エッチング除去した箇所をメッキで埋め込む工程とを
含むことを特徴とする半導体レーザの製造方法。5. A semiconductor comprising: a step of forming a stripe-shaped waveguide made of a double heterostructure layer on a semiconductor substrate by mesa etching; and a step of embedding a portion removed by etching with plating. Laser manufacturing method.
ャー層からなる活性領域を形成する工程と、 前記活性領域両側をメサエッチングしてメサを形成する
工程と、 前記メサを電流ブロック層で埋め込む工程と、 前記活性領域と前記電流ブロック層の一部を含むストラ
イプ部の両側にメサ溝を形成する工程と、 前記メサ溝にメッキを埋め込む工程とを含むことを特徴
とする半導体レーザの製造方法。6. A step of forming an active region made of a double heterostructure layer on a semiconductor substrate, a step of mesa-etching both sides of the active region to form a mesa, and a step of filling the mesa with a current block layer. A method of manufacturing a semiconductor laser, comprising: forming mesa grooves on both sides of a stripe portion including the active region and a part of the current blocking layer; and embedding plating in the mesa grooves.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32392591A JPH05136526A (en) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | Semiconductor laser and manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32392591A JPH05136526A (en) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | Semiconductor laser and manufacture thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05136526A true JPH05136526A (en) | 1993-06-01 |
Family
ID=18160161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32392591A Pending JPH05136526A (en) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | Semiconductor laser and manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05136526A (en) |
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| JP2005217255A (en) * | 2004-01-30 | 2005-08-11 | Sharp Corp | Semiconductor laser and its manufacturing method |
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| US7528415B2 (en) | 2005-04-22 | 2009-05-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser |
| US7544535B2 (en) | 2006-08-01 | 2009-06-09 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for manufacturing semiconductor laser element |
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1991
- 1991-11-11 JP JP32392591A patent/JPH05136526A/en active Pending
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